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月球尘埃可能隐藏着1亿年的恒星爆炸记录
多亏了我们的月球，天文学家可以更多地了解超新星和过去的恒星。
来源:ZME科学半个多世纪以来，阿波罗宇航员带回的灰色月球土壤小管一直存放在NASA的保险库中。它们被探测、切片和分析，以揭示月球的地质历史。但现在，一项新的研究表明，这些尘土飞扬的遗物——以及NASA计划通过阿尔忒弥斯计划带回的样本——包含着更非凡的东西：跨越近1亿年的爆炸恒星年代记录。
在发表于《物理评论快报》的一篇论文中，一个国际团队揭示了一种数学模型，可以解码月球混乱的土壤层，并将其转化为附近超新星的宇宙档案。
“地球上的深海沉积物保存了星际碎片，但只能追溯到约1000万年前，”夏威夷大学马诺阿分校海洋与地球科学技术学院夏威夷地球物理与行星学研究所的研究科学家Emily Costello说。“然而，月球风化层充当长期宇宙档案，可以保存跨越8000万至1亿年或更长时间的历史。”
这比我们星球上任何可比的记录都要长近十倍。而且它一直静静地坐在那里。
为什么月球是比地球更好的图书馆管理员
当一颗大质量恒星到达其生命终点时，它会以超新星爆发，将新形成的放射性同位素以惊人速度喷射到星际空间。如果其中一次爆炸发生在足够近的地方——在几百光年内——一些碎片最终会降落到行星表面。
我们已经知道这发生过。科学家在深海沉积物中检测到两个不同的铁-60脉冲，这种放射性同位素基本上不可能在地球上产生，分别可追溯到约230万年前和730万年前。每个脉冲标志着一场附近的恒星爆炸。
问题在于地球是存储宇宙证据的糟糕地方。侵蚀、板块构造、洋流和生物活动不断改造地表，抹去了大多数约1000万年前以上的痕迹。
相比之下，月球缺乏地球的天气、流动的地表水和板块构造。沉积在那里的物质可以存活更长时间——尽管正如研究人员发现的那样，它并非简单地不受干扰。
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但有一个障碍——而且是一个重大的障碍。月球表面不断被科学家称为“撞击园丁”的过程搅动。
每天，从微小的尘埃颗粒到偶尔的小行星，陨石撞击月球。每次撞击都会挖掘新鲜土壤，重新分布埋藏的物质，并将其他层埋得更深。数百万年来，这种陨石坑作用将月球表面变成了一副本质上被打乱的牌。
对于任何希望读取清晰年代记录的人来说，这是一个噩梦。单个岩芯样本可能包含来自多个时代的恒星碎片混在一起，没有明显的方法来判断哪个粒子来自何时。
在他们的研究中，科学家们开发了他们称之为撞击园丁的“统一随机模型”。
“为了模拟撞击园丁，我们必须平衡复杂的物理机制网络，包括撞击压实、挖掘、放射性衰变和空间风化，所有这些都在一个优雅的连续介质模型中同时运作，”Costello说。
简而言之，该模型将月球土壤视为持续拉锯战的产物：一方面撞击将物质向下掩埋，另一方面撞击将其挖掘出来，而放射性同位素在后台悄然衰变。
在阿波罗样本上测试
真正的考验是当团队将模型的预测与阿波罗岩芯样本中铁-60的实际测量值进行比较时，这些样本的年龄已经使用宇宙射线径迹和其他基准独立确定。
匹配效果惊人地好。该模型成功地再现了跨越两个多数量级时间范围的铁-60深度-浓度分布，从约1400万年到4.5亿年。
“当我第一次分享我的模型结果时，我的同事们对模型和测量的匹配程度感到惊讶，”Costello说。“经验观察与物理模型之间的这种保真度是令人兴奋和非凡的。”
团队随后扩展模型以预测其他重元素的行为。这些同位素在宇宙中最极端的事件中锻造，包括中子星合并或千新星。比较它们的比例可以帮助科学家区分不同类型的宇宙爆炸。
时机再好不过了。NASA的阿尔忒弥斯计划正准备自1972年以来首次将宇航员送回月球，未来的任务预计将带回比阿波罗收集的更深、更多样化的风化层样本。这篇新论文表明，这些岩芯应达到约一米的深度——对任何钻探设备来说都不算高的要求——以捕获尽可能完整的记录。
“这些未来从月球采集的样本，与我们的园丁模型结合考虑，可能揭示超新星历史中未曾讲述的章节的新见解，”Costello说。“我认为，如果我们知道如何阅读星尘，那么过去的恒星残骸可以用来导航我们地月邻域的广阔历史，这是很美的。”