2019 年 8 月，在南極雪中發(fā)現(xiàn)了大量放射性同位素 60Fe(Koll 等人，2019 年)。60Fe 的半衰期為 260 萬年，因此觀察到的 60Fe 是“最近”制造的，與第一個(gè)人類祖先出現(xiàn)在非洲的同時(shí)，甚至可能更晚。為了制造 60Fe，需要發(fā)生兩個(gè)連續(xù)的中子俘獲核反應(yīng)，從 Fe 穩(wěn)定同位素 58Fe 開始。

這是一個(gè)難題：這些核反應(yīng)只能發(fā)生在處于高級(jí)演化階段的恒星中，例如在超新星中。因此，南極雪中的 60Fe 是最近在一些恒星中產(chǎn)生的，然后被噴射出來，進(jìn)入星際介質(zhì)，進(jìn)入太陽系，最后進(jìn)入地球大氣層。60Fe 只是恒星中產(chǎn)生的眾多放射性同位素之一，可以直接觀察到它們的特征，提供有關(guān)其母恒星或發(fā)現(xiàn)它們的環(huán)境的基本信息。

可觀察到的放射性同位素可分為三大類。40K 和 238U 等長(zhǎng)壽命放射性同位素的半衰期約為 10 億年或更長(zhǎng)。半衰期在 1-1 億年左右的放射性同位素，如 60Fe 和 26Al，被稱為短壽命放射性同位素 (SLRs)。最后，還有半衰期遠(yuǎn)低于一百萬年的放射性同位素，但也可以在恒星物體中觀察到。在最后一組中，最著名的案例是 56Ni 和 44Ti(分別以 6 天和 60 年的半衰期衰減至 56Co 和 44Sc)，它們?cè)跒槌滦堑墓庾兦€提供動(dòng)力方面也起著至關(guān)重要的作用(Seitenzahl 等人，2017 年)。 2014)。

早期太陽系的遺跡

由于對(duì)隕石包裹體的分析，有可能確定存在于太陽系早期的 SLR 組的許多放射性核素的遺跡(Lugaro 等人，2018 年)。在其他輕同位素中，已確定存在已滅絕的放射性同位素 26Al、36Cl 和 41Ca。比鐵重的同位素有60Fe、146Sm和205Pb。這些同位素具有數(shù)百萬年的半衰期，帶有太陽形成時(shí)在恒星中活躍的核合成過程的特征。這些可能是相同的超新星，它們產(chǎn)生穩(wěn)定的原子核并推動(dòng)星際介質(zhì)的富集，和/或太陽誕生的恒星形成區(qū)域內(nèi)附近的局部恒星源。

在 Konkoly 天文臺(tái)，ERC 資助了一個(gè)名為 RADIOSTAR 的為期五年的項(xiàng)目，以研究這些來自形成太陽系的古老考古遺跡的起源(ERC CoG-2016 RADIOSTAR，Grant Agreement 724560)。一個(gè)由五名博士后研究人員、三名博士生和兩名大學(xué)生組成的團(tuán)隊(duì)一直在模擬恒星內(nèi)部的核反應(yīng)和銀河系的演化。到目前為止，他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)太陽應(yīng)該與許多其他恒星一起在一個(gè)巨大的恒星形成區(qū)域形成。

用放射性同位素研究“現(xiàn)在”恒星和恒星核合成的窗口

當(dāng)放射性同位素衰變時(shí)，它們會(huì)發(fā)出特定能量的光子，以光速穿過太空，可以從望遠(yuǎn)鏡中檢測(cè)到。半衰期為 717000 年，1.8MeV 的高能光子是 26Al 衰變到穩(wěn)定同位素 26Mg 基態(tài)的獨(dú)特特征，可以通過伽馬射線望遠(yuǎn)鏡探測(cè)和測(cè)量。由于與銀河系的整個(gè)歷史相比，26Al 的半衰期極短，因此對(duì)星際介質(zhì)中 26Al 分布的觀察可以用來追蹤它最近由恒星產(chǎn)生的產(chǎn)物。繼 70 年代后期 HEAO-C 衛(wèi)星首次探測(cè)到 26Al 之后，新一代伽馬射線衛(wèi)星，如 COMPTEL(1991-2000)和 INTEGRAL(自 2002 年開始活躍，

2019 年，200 多名科學(xué)家提交了一份白皮書，為新的 MeV 伽馬射線任務(wù)提供理由，以觀察來自太空的放射性同位素特征，重點(diǎn)介紹了來自這些觀察的新的潛在發(fā)現(xiàn)(Timmes 等人，2019 年)。

安德魯斯等人。(2020) 分析了哪些放射性同位素可以提供來自超新星爆炸最深噴射物的信息，并且可能從超新星遺跡中的下一代伽馬射線天文臺(tái)探測(cè)到。其中，43K、47Ca、44Sc、47Sc 和 59Fe 放射性同位素被提議作為超新星爆炸能量的探測(cè)器。理論與觀察之間的一致性是這一研究領(lǐng)域的基本驅(qū)動(dòng)力。

來自超新星遺跡的放射性同位素可以在不同波長(zhǎng)下被檢測(cè)到，而不僅僅是在伽馬射線窗口中。例如，來自 X 射線天文臺(tái)衛(wèi)星 NuSTAR 的 44Ti 衰變觀測(cè)使我們能夠繪制超新星遺跡 CasA 中的同位素分布圖(Grefenstette 等人，2014 年)。44Ti 的半衰期“只有”60 年，但是大約 300 年前，來自垂死大質(zhì)量恒星的超新星形式的 CasA 爆炸的第一道光到達(dá)地球，因此 44Ti 的特征今天仍然可見。

總之，研究和揭示恒星中放射性核素產(chǎn)生及其觀測(cè)的基本方面所需的多學(xué)科方法需要在不同層面進(jìn)行公開透明的合作，因?yàn)樗泄ぷ鞫疾荒苡梢粋€(gè)科學(xué)家或研究所孤立地完成。承認(rèn)天文學(xué)、核天體物理學(xué)和宇宙化學(xué)領(lǐng)域的這些需求對(duì)于加快研究進(jìn)展和推動(dòng)新發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要。