地球正下著億年前的星塵細雨？4,800 公尺深海膠囊揭開「千級新星」大爆炸之謎

宇宙中的重元素究竟是在何處誕生的？雖然科學家早已證實「核心塌縮超新星」是鐵-60 等元素的來源，但像是鈽-244、鋦-247 這類更沉重的「r-過程」（快中子捕獲過程）核種，其起源依然充滿爭議。

一個研究團隊近日發表了突破性成果，他們利用極其精密的「單原子計數技術」，分析了一塊 1976 年從太平洋 4,830 公尺深海採集到的「鐵錳地殼」（Ferromanganese crust）樣本，這種深海地殼以每百萬年僅幾公釐的速度緩慢生長，完美記錄了數百萬年來從太空沉降到地球底部的星塵微粒，成為科學家研究地球周遭宇宙環境的天然「時空膠囊」。地球上的原生鈽-244 的總量應已衰變殆盡(截至目前為止已經歷 58 個半衰期)，因此地殼中只要發現它的蹤跡，必然源自外太空。

▲ 研究團隊人員Dominik Koll舉起深海的鐵錳地殼樣本。（Source：ANSTO）

過去天文學家曾根據深海鈽-244 的數量，推測大約在 350 萬年前地球附近曾發生過一次 r-過程爆炸。然而，研究團隊採取了全新視角，他們不單看鈽-244，而是同時搜尋另外兩種關鍵同位素：半衰期僅 260 萬年、作為傳統超新星指紋的「鐵-60」，以及半衰期為 1,600 萬年、理應與鈽同場誕生的「鋦-247」。分析結果顯示，地殼中鐵-60 的分布特徵與鈽-244 完全沒有相關性，這直接證實了鈽-244 並非來自製造鐵-60 的近代天體超新星爆發。更關鍵的是，團隊在樣本中完全沒有觀測到任何鋦-247 的訊號。由於鋦的衰變速度遠比半衰期 8,100 萬年的鈽-244 快得多，鋦-247 的缺席成了一個決定性的時間標尺。

這代表這批重元素並非產自近期的事件，而是源於一場至少在 9 千萬到 1 億年前、甚至更久遠（但不超過 10 億年，否則連鈽-244 也會歸零）發生於系外的古老罕見大爆炸。當初共同產生的鋦早已灰飛煙滅，唯有部分的鈽-244 有幸存留至今。這項發現重新繪製了地球涉足的銀河地圖。研究人員指出，這批神祕的鈽原子很可能源自一場古代宇宙的驚天災變，其中最熱門的候選者便是兩顆中子星相撞引發的「千級新星」（Kilonova）。這場在億年前釋放巨量中子的劇烈碰撞，鍛造出宇宙中最重、最珍貴的元素，並將其擴散至星際介質中。

如今，隨著太陽系在銀河系中航行，地球正穿過這片古老爆炸所殘留的瀰漫星際碎片雲，使得這批遠古星塵至今仍在微微細雨般降落到我們的世界。這項研究不僅讓我們得以一窺銀河系的爆炸歷史，更拋出了一個迷人的新問題：這場億年前的宇宙災變，是否曾實質影響過當時地球上的生命演化？這將成為科學界下一步探索的焦點，該研究發表於《自然‧天文學》期刊。