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研究恒星系统中的放射性铝揭开了地层美里有纱秘密

天文学与空间 2022-02-14 00:01:08

德克萨斯大学奥斯汀分校的丽贝卡·约翰逊 这位艺术家的概念可从美国国家航空航天局获得,它展示了一个恒星系统,是我们自己的一个更年轻的版本

布满灰尘的圆盘,就像这里显示的围绕恒星的圆盘,被认为是行星的繁殖地,包括像地球这样的岩石行星

信用:美国航天局/JPL-加州理工学院 一个国际天文学家小组,包括奥斯汀得克萨斯大学的斯特拉·奥弗纳,提出了一种在正在形成行星的恒星系统中形成铝-26的新方法

因为它的放射性衰变被认为为被称为星子的行星积木提供了热源,所以天文学家知道铝-26来自哪里是很重要的

他们的研究发表在最新一期的《天体物理学杂志》上

“像铝及其放射性同位素铝-26这样的原子使我们能够进行太阳系的‘考古’,”奥夫纳说

“令人兴奋的是,今天不同原子的丰度可以提供几十亿年前我们太阳系形成的线索

" 自从1976年在阿连德陨石中发现铝26以来,天文学家们一直在争论我们早期太阳系中大量铝26的来源

一些人认为它是由超新星爆发和来自大质量恒星的风吹到这里的

然而,这些场景需要很大的几率:我们的太阳和行星必须在离大质量恒星恰好合适的距离处形成,这是非常罕见的

奥弗纳的团队提出了一个不需要外部来源的解释

他们提出,铝-26是在靠近年轻太阳的周围行星形成圆盘的内部形成的

当物质从圆盘的内边缘落到太阳上时,它产生了冲击波,产生了被称为宇宙射线的高能质子

宇宙射线以接近光速的速度离开太阳,猛烈撞击周围的圆盘,与同位素铝-27和硅-28碰撞,将它们变成铝-26

由于铝-26的半衰期非常短,约为770,000年,它一定是在太阳系第一个固体物质凝结前不久形成或混合到年轻太阳周围的行星形成盘中的

它在像地球这样的行星的形成中起着重要的作用,因为它可以通过放射性衰变提供足够的热量来产生具有层状内部的行星体(像地球的固体核心,顶部是岩石地幔,上方是薄地壳)

铝-26的放射性衰变也有助于干燥早期的小行星,产生缺水的岩石行星

这个机制的示意图显示了一颗年轻恒星及其周围气体圆盘的剖面图,行星可能在其中形成

奥夫纳团队模拟的气体包裹被描绘成一簇红点

“内盘”是从恒星到地球距离太阳的距离(1个天文单位,约9300万英里)

富集的流出气体的一部分可能落在宇宙射线辐射较弱的圆盘上

区域一和区域二表示宇宙射线传输的不同区域

信用:勃兰特·加奇斯等

/Univ

科隆的 在我们太阳系最古老的天体——彗星和小行星中,铝-26似乎与铝-27的同位素比率相当恒定

自从在陨石(小行星的碎片)中发现铝-26以来,人们一直在努力寻找一个合理的解释来解释它进入我们早期的太阳系以及铝-26和铝-27之间的固定比率

奥夫纳的团队将他们的研究集中在太阳形成过程中的一个过渡时期:当年轻恒星周围的气体耗尽,落到太阳上的气体量显著减少时

几乎所有的年轻恒星在形成的最后几十到几十万年间都会经历这种转变

当我们的太阳形成时,流入的气体沿着磁场线到达它的表面

这产生了一个强烈的冲击波,“吸积冲击波”,加速了宇宙射线

这些宇宙射线向外流动,直到它们撞击行星形成盘中的气体并引起化学反应

科学家为这个过程计算了不同的模型

该论文的主要作者、德国科隆大学的勃兰特·加奇斯说:“我们发现,低吸积率能够产生铝-26的量,以及太阳系中存在的铝-26与铝-27的比率。”

所提出的机制通常适用于大范围的低质量恒星,包括类太阳恒星

正是在这些系统中,天文学家发现了现在已知的大多数系外行星

“被吸积到正在形成的年轻恒星上而加速的宇宙射线可能为许多行星系统中的铝-26富集提供了一个普遍的途径,”盖什总结道,“如果在正在形成的恒星中观察到所提出的通过冲击波加速的机制,这是一个很大的问题

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