2016年3月7日
芝加哥大学的科学家在一块陨石中发现了证据,表明在太阳系形成期间存在一种稀有元素curium。这一发现结束了长达35年的关于它是否存在于早期太阳系的争论,并在重新评估恒星演化模型和恒星元素合成方面发挥了关键作用。这一发现的细节发表在3月4日的《科学进展》杂志上。亚博老虎机网登录
这张特写照片显示了一个陶瓷状难熔夹杂物(粉红色夹杂物),它仍然嵌入在发现它的陨石中。耐火包裹体是太阳系中已知最古老的岩石(45亿年前)。对这类包裹体的铀同位素比率的分析表明,当这类包裹体形成时,太阳系中存在放射性元素curium的长寿命同位素。(来自芝加哥大学的起源实验室)
“Curium是一种难以捉摸的元素。它是已知的重量最大的元素之一,但它不是自然产生的,因为它的所有同位素都是放射性的,并且在地质时间尺度上衰变得很快,”该研究的主要作者François Tissot说,他是15岁的博士,现在麻省理工学院的博士后研究员。
然而,天梭和他在芝加哥大学的合著者、芝加哥大学的教授。尼古拉斯·道法斯和劳伦斯·格罗斯曼,在一个不寻常的陶瓷包体中发现了锔的证据他们称之为“好奇玛丽”,这个包体取自一颗碳质陨石。在早期的太阳系中,锔是从形成太阳的气体云中凝结而成的。
好奇玛丽和curium是以玛丽·居里的名字命名的,她的开创性工作奠定了放射性理论的基础。锔是在1944年被加州大学伯克利分校的格伦·西博格(Glenn Seaborg)和他的合作者发现的,他们用阿尔法粒子(氦原子)轰击钚原子,合成了一种新的、极具放射性的元素。yabo214
为了从化学上鉴别这种新元素,西博格和他的合作者在UChicago的冶金实验室(后来成为阿贡国家实验室)研究了衰变过程中释放的粒子的能量。他们合成的同位素是非常不稳定的curium-242,它在16yabo2142天的半衰期内衰变。
在今天的地球上,只有在实验室制造或作为核爆炸的副产品时,才存在铈。在早期太阳系中,由于太阳系诞生之前发生了大规模恒星爆炸,所以可能存在着铯。
地球物理科学路易斯·布洛克教授道法斯说:“长期以来,在早期太阳系中可能存在的锔一直让天体化学家感到兴奋,因为他们经常可以用放射性元素作为计时计来确定陨石和行星的相对年龄。”亚博老虎机网登录
寿命最长的铀同位素(Cm-247)随着时间的推移会衰变为铀的同位素(U-235)。因此,在太阳系早期形成的矿物或岩石会比在Cm-247衰变后形成的类似矿物或岩石吸收更多的Cm-247。如果科学家今天分析这两种假设的矿物,他们会发现较老的矿物含有更多的U-235 (Cm-247的衰变产物)。
天梭说:“这个想法很简单,然而,近35年来,科学家们一直在争论Cm-247是否存在于早期太阳系。”
要等很久才能检测到锔
20世纪80年代的早期研究发现,他们分析的任何陨石包裹体中都含有大量的U-235,并得出结论,当太阳系形成时,锔含量非常丰富。更精确的实验James Chen和杰拉尔德Wasserburg,某人“51岁,SM”52岁,博士的54岁,在加州理工学院的显示,这些早期的结果是假的,如果锔出现在太阳系早期,其丰度很低,先进的仪器无法检测它。
科学家们不得不等到一种新的、性能更高的质谱仪在2010年成功地鉴定出微量过量的U-235可能是早期太阳系中存在Cm-247的确凿证据。
天梭指出:“这是向前迈出的重要一步,但问题是,这些过剩是如此之小,其他工序可能也会产生它们。”
模型预测,在早期的太阳系中,如果存在的话,铯的丰度很低。因此,Cm-247衰变产生的过量U-235在含有大量甚至平均量天然铀的矿物或包裹体中看不到。因此,其中一个挑战是找到一种矿物或包裹体,这种矿物或包裹体可能含有大量的curium,但几乎不含铀。
在地球物理科学荣誉退休教授格罗斯曼的帮助下,该团队能够识别并锁定一种富含钙和铝的特定陨石包体。亚博老虎机网登录这些富含钙、铝的包体已知铀丰度低,而铀丰度可能高。其中一个包体“好奇玛丽”(curious Marie)含有极低含量的铀。
天梭说:“正是在这个样本中,我们能够解决U-235的空前超标问题。”“所有的自然样本都含有类似的铀同位素组成,但‘好奇玛丽’中的铀含有6%以上的u -235,这一发现只能用早期太阳系中的live Cm-247来解释。”
通过这个样本,研究小组计算出了早期太阳系中存在的锔含量,并将其与碘-129、钚-244等重放射性元素进行了比较。他们发现,所有这些同位素可能是由恒星中的一个单一过程共同产生的。
Dauphas解释说:“这是特别重要的,因为它表明,随着连续几代恒星死亡,并将它们产生的元素喷射到星系中,最重的元素是一起产生的,而之前的工作表明情况并非如此。”
陨石中自然存在的居里的发现结束了70年前人造居里的发现所开启的循环,并提供了一个新的约束条件,建模者现在可以将其纳入恒星核合成和星系化学演化的复杂模型中,以进一步了解恒星中金等元素是如何形成的。
来源:http://www.uchicago.edu/