研究人员在古老的外星沙粒中追溯银河系的历史

如果宇宙有一种技能，那就是炼金术：将一种物质转化为另一种物质的能力。恒星从较小的原子中产生较大的原子，并在死亡时排出金属和尘埃。重力将这些尘埃塑造成世界。而在地球等地质活跃的行星上，岩石和矿物会不断变形，因为它们会受到天气的影响，被吸入地幔深处，熔化，然后喷回地表。

那些设法逃脱这种持续不断的搅动的物体，我们称之为“老物体”。例如，地球上最古老的岩石晶体几乎在整个地球 45 亿年的历史中都幸存了下来。然而，再往前追溯，你就碰壁了。太阳系是在大约 46 亿年前由飘过太空的尘埃粒子旋转形成的，然后来自年轻太阳的能量将附近的一切炸开，所以很难找到比这更古老的东西。

虽然很难，但并非不可能。最坚硬的星际尘埃颗粒经历了太阳形成和早期爆发，并嵌入小行星，在行星形成和生命演化过程中一直存在。其中一些尘埃颗粒最终随陨石来到地球，一群耐心的研究人员花了三十年时间寻找它们，并将它们熔化，以解开它们深邃的宇宙过去的秘密——其中一个可以追溯到七十亿年前，几乎是宇宙本身年龄的一半。

“我认为通过岩石来研究星系的历史非常有趣，”芝加哥菲尔德自然历史博物馆的宇宙化学家菲利普·赫克说，他也是最近发表的一篇详细介绍这些颗粒历史的著作的合著者。

虽然大多数当地陨石物质是在 46 亿年前与太阳和太阳系其他部分一起形成的，但大约有百万分之一到十亿分之一的太空岩石重量来自一种几乎坚不可摧的矿物碳化硅的微小颗粒。“[它]非常坚硬，”哈佛医学院纳米级研究员兼合著者弗兰克·金加德 (Frank Gyngard) 说，“就像钻石一样。”这些微小的斑点代表了形成太阳和行星的星尘云中最后未改变的成员。

1987 年，芝加哥大学的一个研究小组首次发现了这些颗粒，随后他们开发出一种提取方法，赫克将其比作“烧毁干草堆以寻找针头”。1990 年，他们用酸和其他腐蚀性成分将 88 克的大型太空岩石（称为默奇森陨石）粉碎，这些腐蚀性成分溶解了较细小的矿物质。最后他们得到了几十颗足够大到可以进行分析的碳化硅颗粒——在这种情况下，碳化硅颗粒的宽度约为人类头发的十分之一。研究人员随后花了近 30 年时间开发和改进研究这些颗粒所需的技术。

要确定比太阳系更古老的物体的年代，需要一个可预测的过程——一个时钟——随着时间的推移逐渐改变物体。研究人员选择了宇宙射线，这是一种高速粒子，在太空中漂浮时偶尔会撞击尘埃颗粒。在早期分析中，他们估计了这种情况发生的频率，但在周一发表在《国家科学院院刊》上的最新报告中，该团队使用了最近进入星际空间的旅行者号航天器的真实宇宙射线测量值。

强大的宇宙射线会将粒子分裂成碎片，碎片四处飞溅，就像台球击碎台球架一样。一些碎片会消失在太空中，但碳化硅的晶体结构会捕获其他碎片，例如特定类型的氦和氖。通过熔化晶体并计算这些分裂的粒子数量，赫克和他的同事可以计算出这些粒子在宇宙射线中漂浮的时间——德国马克斯普朗克化学研究所研究星际尘埃的扬莱特纳 (Jan Leitner) 表示，这是一项“重大成就”，他没有参与这项研究，但在德国马克斯普朗克化学研究所研究星际尘埃。

这项新研究对外星沙粒的年龄进行了迄今为止最准确的测定，这是对一批旧沙粒数据进行艰苦的重新分析以及对一组以前未研究过的沙粒进行新研究的回报。一些沙粒似乎独自漂流了数十亿年，但大多数尘埃颗粒似乎只在宇宙射线中沐浴了数百万年——就好像在它们帮助形成太阳系前不久，有什么东西把它们一下子吐到了太空中。研究人员认为，尘埃丰度的明显激增支持了天文学证据，证明恒星形成出现了适度的“婴儿潮”，这可能发生在大约 70 亿年前。这些恒星在几十亿年后死亡时喷出了尘埃羽流，为该地区播下了不久后形成我们太阳系的物质种子。

根据几十颗矿物颗粒的粗略年龄将我们的起源与这一假设的婴儿潮联系起来仍是推测，但莱特纳认为该团队的论据令人信服。“这项研究让我们得以一窥太阳和我们行星系统的形成过程，以及太阳附近星系的历史，”他说。

为了加强他们的论据，甚至可能找到过去更深层次的额外恒星形成事件未被记录的证据，赫克表示他期待寻找新的碳化硅颗粒。虽然摧毁少量陨石并熔化我们太阳系中现存时间最长的结构让他感到有点难过，但菲尔德博物馆仍然有几十磅的默奇森陨石供该团队缓慢而仔细地探索。“我们有这个巨大的储藏室，”赫克说。“我们希望确保子孙后代能够使用它。”