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。研究人員在檢查數萬年前形成的南極冰層時發現了鐵 60 的痕跡，這是超新星爆炸期間形成的一種罕見的放射性鐵。這些發現支持了這樣的觀點，即太陽系周圍的本地星際雲含有來自古代恆星爆炸的物質。
該研究由亥姆霍茲德累斯頓羅森多夫中心 (HZDR) 的國際團隊進行，研究結果發表於： 體檢信。
在南極冰層中發現罕見的超新星鐵
鐵 60 在大質量恆星內部深處形成，當這些恆星爆炸為超新星時被釋放到太空中。先前的研究發現證據表明，地球在數百萬年前曾接觸過附近超新星爆炸產生的鐵60。然而，據了解最近沒有發生過恆星爆炸襲擊地球，這讓科學家們無法確定鐵 60 的來源，鐵 60 是幾年前在南極洲相對年輕的雪中發現的。
HZDR離子束物理與材料研究所博士。多明尼克·科爾解釋說：“我們的想法是，本地星際雲含有鐵60，可以長期儲存。當太陽系穿過雲層時，地球可以積累這種物質。但我們當時無法證明這一點。”
為了進行進一步的研究，科爾和安東·瓦爾納教授近年來研究了更多的地質樣本，包括 3 萬年前的深海沉積物。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，可以追溯到 40,000 至 80,000 年前。據研究小組稱，結果表明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。這使我們有機會首次調查這些雲的起源，」科爾說。
太陽系在星際雲中旅行
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從其中出現。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 EPICA 冰鑽計畫提供。
當研究人員將冰芯結果與早期對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 量比今天少。
「這表明我們之前處於鐵 60 含量較低的環境中，或者雲本身表現出強烈的密度變化，」科爾解釋道。
研究團隊發現，鐵60訊號僅在數萬年的時間內才會發生顯著變化，而且這種變化在宇宙時間尺度上發生得相對較快。這幫助研究人員排除了相互競爭的理論，包括這種物質來自較古老的超新星爆炸，並在數百萬年的時間裡逐漸消失的想法。
去除微量的 Iron-60
為了進行這項研究，研究人員將大約 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。經過大量的準備工作，只剩下幾百毫克的粉末。
然後，科學家小心地分離了鐵 60，同時試圖避免在過程中出現任何材料損失。
在 HZDR 的 DREsden 加速器質譜 (DREAMS) 實驗室中，研究團隊使用另外兩種放射性同位素鈹 10 和鋁 26 測試了製備的樣本。由於南極冰中這些同位素的預期水平已經得到很好的了解，研究人員能夠確認在製備過程中沒有發生鐵 60 的損失。
辨識少數原子
為了進行最終測量，科學家使用了澳洲國立大學的重離子加速器設施（HIAF）；該設施是目前世界上唯一能夠檢測如此少量鐵60的設施。該機器使用電和磁過濾器，以質量分離原子，直到含有 10 兆原子的原始樣本中只剩下幾個鐵 60 原子。
波昂大學的安娜貝爾·羅洛夫斯 (Annabel Rolofs) 解釋道：“這就像在 50,000 個足球場中尋找一根針，這些體育場的屋頂都裝滿了稻草。機器在一小時內就找到了針。”
沃爾納總結道：“由於我們與國際同行的多年合作，我們開發了一種極其靈敏的方法，使我們能夠在今天的地質檔案中檢測到數百萬年前發生的宇宙爆炸的清晰痕跡。”
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 – 最早的冰項目，該項目旨在從地球過去恢復更古老的冰樣本。
