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图1. 发现太平洋海洋沉积物中的“活性”铁-60与270万年前的事件相关。©Simon Swordy,芝加哥大学,NASA宇宙射线一直在撞击我们的大气层,但它们的能量被用来撞击原子,从而产生了能量较低的次级粒子阵雨,其中一些有时会落到地面上。
提到铁大家都知道,它是我们日常生活中常见的金属。但是你知道吗,我们接触的大部分铁都是铁-56,还有少量的铁-54、铁-57和铁-58。你会惊讶地发现,我们平时用的铁里面竟然没有铁-60。这是因为铁-60的存在时间太短了,大约只有260万年。考虑到地球年龄约为45亿年,如果起初有铁-60存在,现在也都已经消失了。
但是,科学家们用一种非常敏感的技术,在太平洋海底岩石中发现了微量的铁-60同位素(大约每个样本中都有几十个铁-60原子)。这些铁-60并不是均匀分布在岩石样本中的,而是只存在于特定的深度。这引起了科学家们的浓厚兴趣。我们知道,海底岩石不同深度的样本就像树的年轮一样,记录了不同年代的信息。既然这些铁-60不可能来自地球形成的原始物质,那它们是从哪里来的呢?又为什么会出现在地球上呢?
目前最合理的解释是,这些铁-60来自地球附近很久以前某次超新星爆发事件。科学家通过分析发现,这次超新星爆发大约发生在300万年前。有趣的是,科学家们还分析了阿波罗号探月飞船带回的月球表面样本,也发现了铁-60的痕迹,这进一步证实了地球附近发生过超新星爆发的猜想。
图2. 海底岩石样本中不同年代(深度)处铁-60的含量(Wallner 2021)
关于铁-60的合成
图3. Credit: A. Wallner et al., Phys. Rev. Lett. (2015)
铁-60的半衰期测定
图4. ©Marianne Hanzlik,化学系,FG Elektronenmikroskopie, Technische Universität m<e:1> nchen这些是透射电子显微镜图像,显示了含有铁-60的微小磁化石,铁-60是一种铁的形式,在超新星的大质量恒星剧烈爆炸和死亡期间产生。它们是由细菌沉积在太平洋海底的沉积物中
参考文献
Wallner, A., Froehlich, M. B., Hotchkis, M. A. C., Kinoshita, N., Paul, M., Martschini, M., ... & Yamagata, T. (2021). 60Fe and 244Pu deposited on Earth constrain the r-process yields of recent nearby supernovae. Science, 372(6543), 742-745.
Wallner, A., Bichler, M., Buczak, K., Dressler, R., Fifield, L. K., Schumann, D., Sterba, J. H., Tims, S. G., Wallner, G., & Kutschera, W. (2015). Settling the Half-Life of 60Fe: Fundamental for a Versatile Astrophysical Chronometer. Phys. Rev. Lett. 114, 041101. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.114.041101
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Quitté, G., Halliday, A. N., Meyer, B. S., Markowski, A., Latkoczy, C., & Günther, D. (2007). Correlated iron 60, nickel 62, and zirconium 96 in refractory inclusions and the origin of the solar system. The Astrophysical Journal, 655(1), 678.
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