【天文發現】從地層中研究超新星爆炸
■要研究超新星爆炸嗎？或許不用架望遠鏡往天上看了。往海底找找如何？
撰文｜陳勁豪
當恆星的質量過大，導致恆星本身的重力壓垮了恆星自己，所此形成了大爆炸，也就是所謂的超新星爆炸。這種爆炸相當明顯，在地球上甚至不需要天文望遠鏡，直接用肉眼便可以看見。當超新星爆炸時會放出相當大量的能量及宇宙射線。其中最著名的例子是超新星1987A爆炸時，除了可見光之外，同時也放出了許多的微中子，並同時在地球被偵測到。由於觀測到超新星微中子，日本物理學家小柴昌俊因此獲得2002年的諾貝爾物理學獎。
超新星爆炸時會把超新星內部的各種成份全部四散到宇宙各個角落，因此透過研究一些特別的元素，科學家可以用來研究超新星的內部構成，也可以用來尋找超新星。
在地球上，鐵是最常見的元素之一。在地球上最常見到的同位素有四種，其中含量最多的同位素是鐵56。除此之外還有鐵54，鐵57，鐵58。另外還有一種同位素鐵60，在地球幾乎不存在，但是在隕石中卻有著比較高的含量。根據理論計算，超新星的內部應該也含有相當多的鐵60同位素。當超新星爆炸時，超新星本身所帶的鐵60也會跟著分散到各個角落。如果這些成份最後到達了地球，那在地球的某個時間點，地球所含的鐵60成份應該會比其他時段來的更多。藉由發現這個時間點，物理學家可以用來推估某個超新星爆發的時間跟距離。
Australian National University的Anton Wallner跟他的研究團隊在太平洋，大西洋及印度洋的海底進行鑽探，取得地層樣本後，對樣本進行質譜分析。他們比較了鐵60與地層中鐵的含量比，發現在150萬到320萬年前，還有650萬到870萬年前的這兩個時段，鐵60的含量都遠高過背景值，甚至可能超過背景值40倍。如此高含量的鐵60，又同時出現在地球上的三大洋，基本上排除了這些鐵60是經由隕石所帶來的可能性。而目前最可能的解釋就是這些鐵60是超新星爆炸所在地球上所留下的痕跡。
巧合的是，在距今260萬年前，地球正巧進入了地質時代稱為更新世的階段(約是260萬年前到11700年前)。這個階段的特徵是氣候相對變冷，同時出現了週期性的冰河期。如果這時剛好也發生了超新星爆炸，那麼超新星爆炸跟更新世的氣候變化兩者會有相關連嗎？或者這只是一個時間上的巧合？這部份將有待科學家們更進一步的研究。
不過至少我們知道要研究超新星，現在多了一個方法：往地層裡找。
原始論文：Recent near-Earth supernovae probed by global deposition of interstellar radioactive 60Fe Nature, 532, 69–72 (07 April 2016)
參考資料：
Physics World 2016/04/06: Finding the Earth-bound evidence for supernovae in the galactic neighbourhood
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作者：陳勁豪 科教中心特約寫手，從事科普文章寫作。2011年於美國紐約州立石溪大學(SUNY at Stony Brook)取得博士學位，研究主題為相對論性重離子碰撞(Relativistic Heavy Ion Collision)。長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯。
