紫外线照亮了我们太阳系的起源

蝴蝶星云，塔兰图拉毒蛛星云中恒星形成区域的一个例子。白色比例尺为2光年或大约120,000 AU（天文单位）。一颗被尘埃遮盖的明亮的中央恒星通过一氧化碳的光解离作用，改变了星云中的氧同位素。这是在形成行星系统之前可以在分子云中修饰氧同位素的环境的另一个示例。

为了发现我们太阳系的起源，一个国际研究人员小组，包括亚利桑那州立大学的行星科学家和宇宙化学家詹姆斯·里昂斯，将太阳的成分与形成于我们太阳系中最古老的物质的成分进行了比较。系统：未变质陨石中的难熔夹杂物。

通过分析这些难熔夹杂物的氧同位素（一种具有一些额外中子的元素的变体），研究小组确定了太阳，行星和其他太阳系材料之间的成分差异是由原生质分子云所继承的。在太阳系之前就已经存在他们的研究结果最近发表在《科学进展》上。

夏威夷大学的主要作者亚历山大·科罗特（Alexander Krot）说：“最近已经证明，我们太阳系中许多元素的同位素组成变化是源于原生质分子云。”“我们的研究表明氧气也不例外。”

Carina星云中NGC 3324中一个恒星形成区域的示例，其中相邻的大恒星既雕刻了星云的形状，又通过紫外线对一氧化碳的光解离作用来改变氧同位素的分布。本文介绍的工作结果有利于分子云环境中氧同位素的改变。白色比例尺为5光年或300,000 AU（天文单位，即地球与太阳之间的距离）。

当科学家比较氧同位素16、17和18时，他们观察到地球与太阳之间存在显着差异。认为这是由于紫外线对一氧化碳的处理所致，该一氧化碳被分解，导致水中的氧同位素比发生较大变化。这些行星是由尘埃形成的，而尘埃通过与水的相互作用而继承了改变的氧同位素比。

科学家还不知道紫外线处理是发生在母体分子云中，该分子云塌缩形成原太阳能系统，还是后来在气体和尘埃云中形成了行星，即所谓的太阳星云。

艺术家对原太阳和太阳星云的演绎。在这种环境下，氧同位素也可以被紫外线（金箭头）改变。铝的短寿命放射性同位素（褐红色波浪箭头）也可能被注入到太阳星云中。插图显示了针对本研究分析的两个钙铝夹杂物的电子背散射图像，以及这些高温冷凝物形成的大概位置。此处提出的新结果表明，氧同位素的变化主要发生在母体分子云中，而不是太阳星云中。地球和地球上的所有事物都已经获得了一种氧同位素组成，该组成来自于形成太阳系的分子云。白色比例尺是三个AU（天文单位）。

为了确定这一点，研究小组转向了陨石中最古老的成分，称为钙铝夹杂物（CAIs）。他们使用了夏威夷大学地球物理与行星研究所的离子微探针，电子反向散射图像和X射线元素分析来仔细分析CAI。然后，他们引入了第二种同位素系统（铝和镁同位素）来限制CAI的寿命，这是氧同位素丰度与26种铝同位素之间的联系，这是第一次。

他们从这些铝和镁同位素中得出结论，CAI是在母体分子云崩溃后大约10,000至20,000年形成的。

亚利桑那州立大学地球与太空探索学院副研究员莱昂斯（Lyons）说：“这是太阳系历史上的非常早期的事情，因为太早了，没有足够的时间来改变太阳星云中的氧同位素。 。”

尽管需要更多的测量和建模工作来全面评估这些发现的含义，但它们确实对太阳系以及随后的行星和小行星形成过程中可用的有机化合物清单有影响。

里昂斯说：“对太阳星云或母体分子云中材料的紫外线处理量的任何限制，对于理解导致地球生命的有机化合物的存量都是至关重要的，”里昂斯说。

参考：亚历山大·N·克罗特，长岛和英，詹姆斯·R·里昂斯，李正恩和马丁·比察罗，“从原始太阳能分子云继承来的早期太阳系中的氧同位素异质性”，科学进展，2020年10月16日。
10.1126 / sciadv.aay2724