【寰宇天文】在月球尋找超新星的遺跡

■透過分析月球的表面岩石樣品,科學家發現了超新星爆炸的跡象。

Courtesy: Gemini South Telescope/Travis Rector, University of Alaska Anchor)
Courtesy: Gemini South Telescope/Travis Rector, University of Alaska Anchor)

撰文|陳勁豪

超新星是宇宙中最壯觀的天體現象之一。當恆星崩塌時,有時會引起超新星爆炸,此刻相當大量的能量會一次釋放出來,有時甚至用肉眼就可以直接觀察到。根據理論計算,超新星爆炸時會產生出一種特殊的鐵同位素:鐵60。鐵60會隨著超新星爆炸而被吹向宇宙各個角落,當然也可能降落在地球上。科學家透過鑽探太平洋、大西洋及印度洋的海床沉積物,發現約在一百五十萬到三百二十萬年前,還有六百五十萬到八百七十萬年前的這兩個時期曾有異常大量的鐵60,這顯示在這兩個時間點上可能發生過超新星爆炸。

如果這個假說成立,那麼四散飛出的鐵60不但會降落在地球上,同時也可能會出現在太陽系的各個角落,例如月球上。一群美國與德國的科學家合作分析了由阿波羅12, 15, 16號任務中帶回地球的月球表面岩石樣品,他們的確發現鐵60的含量高過預期,而且這些鐵60的誕生年代大約在兩百萬年左右,所以很有可能是之前研究所發現到的同一個超新星爆炸事件。

但是超新星爆炸並不是月球上的鐵60的唯一可能來源。因為當超高能宇宙射線撞擊到月球上的礦物質,例如鎳,這個反應也可能會產生鐵60。只是這個反應也會產生錳53,而且可以計算出鐵60與錳53的比例。所以這群科學家也一併檢查了錳53的含量,結果發現錳53的含量並不足以證明鐵60是經由宇宙射線所產生。也就是說,月球上這些鐵60最可能的來源就是經由超新星爆炸而來。

而美國太空總署(NASA)的太空船「先進成份探測器」(Advanced Composition Explorer, ACE)則是從宇宙射線中發現了鐵60。透過測量鐵60與鐵56的比例,他們推估這些鐵60的產生時間應該不早於兩百六十萬年前。換句話說,這也指向了兩百萬年前左右所發生的超新星爆炸。

透過這些新的實驗結果,可以推知大約在兩百萬年前在太陽系附近所發生的超新星爆炸事件。由於某些同位素的半衰期長達數百萬年,這種透過同位素來研究超新星的新方法這或許可以讓我們可以看到更多過去所發生的超新星爆炸。

原始論文 
1. Interstellar Fe60 on the Surface of the Moon
Phys. Rev. Lett. 116, 151104 – Published 13 April 2016
2. Observation of the 60Fe nucleosynthesis-clock isotope in galactic cosmic rays

原始報導
Physics World 2016/04/21: Supernova sediments still rain down on Earth and the Moon

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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。

 

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