科學家發現了新的證據，顯示地球正在穿越一顆很久以前爆炸的恆星留下的古老恆星碎片雲。研究人員在分析數萬年前形成的南極冰層時發現了鐵 60 的痕跡，這是超新星爆炸中產生的一種罕見的放射性形式的鐵。這項發現支持了這樣一個事實：太陽系周圍的本地星際雲含有來自一顆古老爆炸恆星的物質。
該研究由來自德勒斯登-羅森多夫亥姆霍茲中心 (HZDR) 的國際團隊領導，研究結果發表在 體檢信。
南極冰層中發現罕見的鐵超新星
Iron-60 在大質量恆星內部形成，當這些恆星爆炸為超新星時被釋放到太空中。先前的研究表明，地球曾接觸過數百萬年前超新星爆炸產生的鐵60。然而，近期地球附近並沒有已知的恆星爆炸，這讓科學家不確定幾年前在相對年輕的南極雪中發現的鐵60的來源。
HZDR離子束物理與材料研究所的多米尼克·科爾博士解釋說：“我們的想法是，星際本地雲中含有鐵60，可以長期儲存。當太陽系穿過雲層時，地球可以收集這種物質。但是，我們當時無法證明這一點。”
為了進一步調查，科爾和安東·瓦爾納教授分析了近年來更多地質的樣本，包括長達 3 萬年的深海沉積物。這些樣本還含有鐵60，但科學家仍無法完全排除其他解釋。
新分析的南極冰樣本要古老得多，已有 40,000 到 80,000 年的歷史。研究小組表示，結果清楚顯示本地星際雲是放射性物質的來源。
「這意味著太陽系周圍的雲與恆星爆炸有關。這使我們第一次能夠調查這些雲的起源，」科勒克說。
太陽系穿過星際雲
科學家認為，太陽系在數萬年前就進入了本地星際雲，預計在未來幾千年內再次退出。研究人員表示，太陽系目前位於雲層外緣附近。
在這項研究中，研究小組重點關注了太陽係可能進入雲層時期的冰芯。樣本由阿爾弗雷德韋格納研究所亥姆霍茲極地和海洋研究中心（AWI）透過歐洲冰鑽計畫 EPICA 提供。
當研究人員將冰芯結果與早期雪和深海沉積物的測量結果進行比較時，他們發現在 40,000 至 80,000 年前，到達地球的鐵 60 比今天少。
「這表明我們之前處於鐵 60 含量較低的介質中，或者雲本身俱有較大的密度變化，」Kollek 解釋道。
研究小組發現，鐵60訊號在數萬年的時間內發生顯著變化，這在宇宙時間尺度上相對較快。這幫助研究人員排除了相互競爭的理論，包括這些物質來自較古老的超新星爆炸，這些爆炸在數百萬年的時間裡慢慢消失。
萃取微量的 Iron-60
為了進行這項研究，研究人員將約 300 公斤的南極冰從不來梅港的 AWI 運送到德勒斯登進行化學處理。經過一番準備，只剩下一百毫克粉了。
然後，科學家們小心地分離了鐵 60，同時盡量避免在過程中失去材料。
在 HZDR 的 DREsden 加速器質譜 (DREAMS) 實驗室中，研究團隊使用兩種額外的放射性同位素鈹 10 和鋁 26 測試了準備好的樣本。由於南極冰中這些同位素的預期水平已被充分了解，研究人員能夠證實在製備過程中沒有損失鐵 60。
檢測一些原子
為了進行最新的測量，科學家使用了澳洲國立大學的重離子加速器設施（HIAF），這是目前世界上唯一能夠偵測極少量鐵60的設施。該機器使用電和磁過濾器，以質量分離原子，直到 10 兆個原子的原始樣本中只剩下 60 個鐵原子。
「這就像在 50,000 個長滿草的足球場中尋找一根針。機器在一小時內找到針，」波昂大學的安娜貝爾·羅洛夫斯 (Annabel Rolofs) 解釋道。
「透過與國際同行多年的合作，我們開發了一種高度靈敏的方法，使我們能夠在當前的地質檔案中檢測到數百萬年前發生的宇宙爆炸的清晰特徵，」沃爾納總結道。
研究人員現在計劃研究太陽系進入本地星際雲之前的較古老的冰芯。 AWI 正在參與 Beyond EPICA – 最古老的冰項目，該項目旨在從地球更早的過去恢復冰樣本。
