滅絕的原子揭開了太陽系長期存在的秘密

通過使用已滅絕的鈮92（Niobium 92，簡寫 92 Nb）原子，蘇黎世聯邦理工學院研究人員能夠比以前更高精度對早期太陽系中的事件進行判斷發生年期。研究得出結論，超新星爆炸一定是在我們太陽的出生環境中發生。

如果化學元素的原子具有過量的質子或中子，它變得不穩定。它會將這些額外的粒子作為伽馬射線散發出去，直到再次變得穩定為止。一種這樣的不穩定同位素是鈮92，專家稱為放射性核素。它的三千七百萬年半衰期相對較短，因此在太陽系形成後不久就滅絕了。今天，只有它的穩定同位素鋯92（Zrconium-92，簡寫 92 Zr）能夠證明存在92 Nb。

然而，科學家仍在繼續使用92 Nb衰變成92 Zr天文計時形式的已滅絕放射性核素，利用它們可以對發生在大約45.7億年前的早期太陽系中的事件進行判斷發生年期。

至今為止，由於缺乏有關太陽系誕生時存在的92 Nb數量的精確數據，因此限制了92 Nb衰變成92 Zr天文計時的使用。這損害了它在恆星環境中用於定年和確定這些放射性核素產生的用途。

現在，來自蘇黎世聯邦理工學院和東京理科大學羽場麻希子助理教授為首的研究團隊大大改進了該計時器。研究人員通過一個巧妙的技巧實現這個改進：他們從隕石中回收了稀有的鋯石和金紅石礦物質，而隕石是原行星灶神星（Vesta）的碎片。

這些礦物認為最適合測定92 Nb，因為它們提供了在隕石形成時92 Nb普遍存在的精確證據。然後，利用鈾鉛定年技術（鈾原子衰變成鉛），研究小組計算了太陽系形成時的92 Nb含量。通過將兩種方法結合起來，研究人員成功地大大提高了這9種92 Nb衰變成92 Zr天文計時方法的準確程度。

經過改良的天文計時，為確定小行星和行星的形成和發展提供了精確的年齡，這是一個強大的工具，這些事件發生在太陽系形成後的最初幾千萬年中。現在，研究人員更精確地知道了太陽系初期的92 Nb含量，他們可以更準確地確定這些原子的形成位置以及構成我們的太陽和行星的物質的起源。

研究小組的新模型顯示，內部太陽系以及地球行星和火星受到銀河系中Ia型超新星爆炸發射物質的很大影響。在這樣的恆星爆炸中，兩顆繞行的恆星在爆炸並釋放恆星物質之前會互相作用。相比之下，外部太陽系主要由一顆核塌陷的超新星提供能量，可能是在我們太陽誕生的恆星托兒所中一顆巨大的恆星自身坍塌並劇烈爆炸。

【圖：羽場麻希子；文：節譯自蘇黎世聯邦理工學院2021年3月1日新聞公佈】研究全文刊登在2021年2月23日出版的《美國國家科學院院刊》