古代超新星可能用恒星弹片刺穿月球岩石

天文学家通常会利用星光来获取信息。到达地球的星光中闪烁的光芒会定期揭开遥远星系的新面纱——比如潮湿的外星大气层、脉动的恒星凸起，以及吞噬冰冻世界的死亡恒星。

但外星太阳光并不是唯一的星际信使。至少有两颗彗星状物体已经进入我们的太阳系，而裸露的原子核每天都会以宇宙射线的形式降落到我们的头上。现在，在一份尚未经过同行评审的预印本中，两位研究人员提出，另一种宇宙联系的迹象可能隐藏在世界各地的实验室和博物馆中未被发现。根据他们的研究结果，爆炸的恒星可能会喷出大量尘埃粒子，这些尘埃粒子会飞过银河系，最终埋在月球岩石中。如果他们是对的，仔细检查月球上的岩石或阿波罗宇航员带回地球的岩石可能会让我们更深入地了解恒星的生存和死亡方式。

“我们最初并没有期待这项计算能得出什么结果，”合著者、哈佛大学本科生阿米尔·西拉杰 (Amir Siraj) 说道。“但我们最终发现，这实际上是有可能实现的。”

最近，西拉杰一直在思考地球和宇宙环境之间的物理联系。今年春天，他和哈佛大学的天体物理学家阿维·勒布发表了预印本论文，指出 2014 年可能有一颗星际流星撞击地球，星际尘埃颗粒可能照亮了夜空。

在他们最近提交给《天体物理学杂志快报》并发表在预印本服务器 arXiv 上的论文中，他们将超新星尘埃推理推向了新的方向。他们问道，这样的星尘真的能到达地球吗？它还会出现在什么地方？

当某些类型的恒星耗尽燃料时，它们会发生剧烈爆炸，即超新星。爆炸会直接喷出物质，但模拟这种混乱很复杂。Siraj 和 Loeb 专注于超新星可以发出 1 亿个太阳亮度的事实。当这种泛光灯打开时，它会将恒星周围的任何尘埃向外喷射到太空中。

“超新星是最极端的宇宙事件之一，”Siraj 说。它们可以将尘埃颗粒加速到光速的百分之一，这比传统火箭快 100 倍。”

但并不是任何超新星都能将尘埃推到地球。缓慢移动的尘埃不会走太远，会撞上其他粒子并很快停下来。速度最快的尘埃颗粒会自毁，像毛绒袜子和毛绒地毯一样与邻近的粒子摩擦，直到它们被静电震成碎片。研究人员表示，只有距离地球约 800 光年（约占银河系宽度的 1%）内的恒星爆炸才能够以适当的速度将尘埃送达我们的太阳系。

这样的超新星爆炸大约每十万年就会发生一次，使太阳系中布满无数尘埃。任何到达地球的粒子肯定会在大气层中燃烧殆尽，但撞击月球的粒子可能会留存下来——不是在历经千百年的月尘中，而是在直接暴露在太空中的月球表面岩石中。

具体来说，两人提议寻找月球岩石中被尘埃粒子撞击出的深而窄的洞。月球岩石表面有微陨石留下的浅坑，研究人员还检测到了宇宙射线留下的原子级条纹。Siraj 表示，超新星弹片所钻出的管状物可能介于两者之间。

天体物理学家并不是第一批寻找爆炸恒星与地月系统之间物质联系的人。2008 年，研究人员提出，海底一层已有 200 万年历史的铁原子层源自超新星。2015 年，一个研究小组分析了可能到达月球的快速移动尘埃颗粒，并假设它们会在撞击时蒸发。

伦敦大学学院的月球研究员伊恩·克劳福德 (Ian Crawford) 表示，高能尘埃微粒可能会钻入岩石中，这可能是一个新想法，但他警告说，同行评审过程可能会改变西拉杰和洛布的结论。他说，特别是，他们需要解释为什么这些粒子在以每小时 700 万英里的速度与月球岩石相撞时不一定会分裂。

Siraj 同意这一假设是该想法的主要不确定性之一，但他表示，无论如何，可能值得研究一下阿波罗的一些收获。他估计，任何一块一角硬币大小的岩石都应该有少量的尘埃痕迹，因此，对几块岩石进行低成本研究可能会发现一些东西。如果这样的搜索一无所获，那么结果将告诉研究人员一些关于快速尘埃颗粒、月球侵蚀或假设的超新星速率的信息。

如果研究人员确实发现了星际尘埃的痕迹，他们可以利用它们来确定一系列不确定的超新星特性。阿波罗岩石构成了一个有限的、混乱的样本，但在未来的月球任务中，科学家可以调查原始岩石以寻找此类迹象。例如，计算尘埃洞的数量可以让研究人员估计特定爆炸的亮度。或者，许多都朝向同一方向的洞甚至可以暗示它们来自银河系的哪个地方，Siraj 推测。

“这将非常令人兴奋，”他说，“因为它将使我们能够以一种我们无法做到的方式探索附近的超新星历史。”