为何早期太阳系中富含着放射性物质

深蓝色的畅想

在过去的50年里，有一个谜题一直困扰着天文学家：为何早期太阳系中富含着放射性物质？

　　最近，天文学家通过观测距地球约400光年之外的一个恒星形成区域的放射性核素，揭示了恒星形成气体云与附近的年轻星团中产生的放射性核素之间的相互作用。新研究表明，早期太阳系中的短寿命放射性核素，有可能是通过附近的超新星爆发传递的。

　　早在20世纪70年代，科学家就获得了一些关于这种短寿命放射性核素的增丰过程的证据。当时的科学家在研究陨石中的某些矿物包裹物时，得出结论认为，这些矿物包裹物是早期太阳系的原始遗迹，含有短寿命放射性核素的衰变产物。

　　他们推断，这些短寿命放射性核素可能是由附近的爆炸恒星（超新星），或一种名为沃尔夫-拉叶星（WR型星）的大质量恒星的强烈恒星风吹到新生的太阳系上的。

　　在这项新研究中，天文学家观测的这个活跃的恒星形成区域位于蛇夫座（Ophiuchus）。新研究通过使用多个波段下的观测数据和复杂的统计分析，对这些假设的可能性进行了定量推导。

　　通过分析由太空伽马射线望远镜所收集到的数据，研究人员探测到了由寿命较短的放射性核素铝-26发射的伽马射线。这是一些非常具有挑战性的观测结果，研究人员只在两个恒星形成区域确定了这种探测，其中最好的数据来自蛇夫座的云复合体。

　　蛇夫座的云复合体中包含许多在恒星形成以及原行星盘形成的不同阶段的致密原恒星核，它们代表了行星系统形成的最早阶段。这次，他们通过结合从毫米波到伽马射线波段的成像数据，看到了铝-26从附近的星团流向蛇夫座的恒星形成区域。在蛇夫座观察到的这种增丰过程与50亿年前太阳系形成时发生的情况一致。

　　蛇夫座恒星形成区域的多波段观测，揭示了恒星形成气体云与附近年轻星团中产生的放射性核素之间的相互作用。图中的上部用红色显示了铝-26的分布，这是由伽玛射线所探测到的；上图的中间方框所代表的是左下图覆盖的区域，红点表示的是蛇夫座中的原恒星的分布；左下图中的方块区域显示的右下图覆盖的图像，这是对L1688云在近红外波段的彩色合成图像，包含许多众所周知的星前高密度气体核。|图片来源：Forbes et al。， Nature Astronomy 2021

　　在观测到了这个过程的潜在发生情况后，研究人员开始尝试模拟附近那些产生了短寿的放射性核素的星团。他们创建了一个模型，在这个模型中，包含了在这一区域可能存在的每一颗大质量恒星。此外，他们还在模型中将这些恒星的质量、年龄和以超新星爆炸的概率等参数都纳入了考量，并加入了恒星风和超新星产生铝-26的可能性。

　　利用这个模型，研究团队确定了不同的情况能够产生现如今天文学家所观测到的铝-26的概率。他们得出的结果表明，这些铝-26是由超新星造成的可能性为59%，而有68%的概率是由多个来源（包括超新星）产生的。

　　他们的模型还预测出，对于不同的恒星系统来说，铝-26以及其他寿命较短的放射性核素的含量会有巨大的差异。这对行星系统的早期演化来说非常重要，因为铝-26是主要的早期热源，越多的铝-26可能意味着行星越是干燥。

　　研究人员将他们的结果发表在了8月16日的《自然-天文学》杂志上。对可能性进行量化，将是天文学在未来的一个新的发展方向。新的研究结果，为天文学家在过去50年里一直讨论的那些能够产生短寿命放射性核素的场景分配了概率。

　　蛇夫座的这个恒星形成区域并没有什么特别之处，它是一种非常典型的气体和年轻的大质量恒星的组合。因此，研究人员认为在整个银河系的恒星和行星的形成区域中，存在丰富的寿命较短的放射性核素。