宇宙尘埃由微小的固态颗粒（如硅酸盐和冰）组成，它虽然阻碍了光学观测，但对行星和生命的形成至关重要。这些尘埃并非来自宇宙大爆炸，因为大爆炸几乎只产生了氢和氦。尽管存在多种尘埃来源，但研究表明，宇宙尘埃的主要来源是大质量恒星在生命末期发生的核心塌缩超新星爆炸。每次爆炸会产生约0.4个太阳质量的巨量尘埃，即使其中一部分被后续过程摧毁，幸存下来的数量也足以解释我们在宇宙中观测到的尘埃丰度。
什么是宇宙尘埃？
宇宙尘埃是由微小的固态颗粒构成的物质，它会吸收和阻挡可见光。当我们用肉眼或光学望远镜观察银河系时，看到的那些黑暗带状区域，实际上就是尘埃云遮挡了后方恒星的光线。
- 遮蔽效应：尘埃云阻碍了我们对恒星形成区、银河系中心以及遥远星系的观测。
- 观测突破：天文学家使用红外线等波长更长的光来穿透这些尘埃云，因为长波光不容易被微小的尘埃颗粒吸收。
- 重要作用：尽管尘埃是一种障碍，但它也是形成岩石行星（如地球）和生命所需物质的原始材料。
尘埃由什么构成？
宇宙尘埃的成分与构成其他物质的原子基本相同，只是它们聚集成了固态的微小颗粒。通过分析陨石雨和直接太空取样，我们了解到其主要成分包括：
- 岩石物质：主要是硅酸盐。
- 冰态挥发物：如水冰、一氧化碳、二氧化碳和氨冰。
- 重元素：包括碳、氧、镁、铁等。
这些尘埃颗粒的大小通常非常微小，大部分尺寸在一微米（百万分之一米）或更小，类似于烟雾颗粒。
尘埃从何而来？
尘埃的来源是一个长期困扰天文学家的难题。一个可以确定的事实是，它并非源于宇宙大爆炸。
宇宙大爆炸产生的物质中，按质量计算，约75%是氢，25%是氦，几乎没有形成尘埃所需的更重元素。
因此，尘埃必须在第一代恒星诞生并死亡后，在宇宙中创造出碳、氧、硅等重元素之后才能形成。
次要的尘埃来源
宇宙中有多种过程可以产生尘埃，但它们的贡献量都不足以解释观测到的尘埃总量。
- 低质量恒星：当类似太阳的恒星死亡时，它们会形成行星状星云，将一部分重元素吹入太空，形成少量尘埃。
- 年轻的大质量恒星：一些年轻恒星会产生强大的外流，将物质抛射出去，但产生的尘埃量非常有限。
- 小行星和彗星：它们在星系中碰撞或蒸发时也会产生尘埃，但这只是局部现象。
主要来源：大质量恒星的爆炸
目前最被接受的理论认为，宇宙尘埃的主要来源是核心塌缩超新星——也就是宇宙中最巨大恒星的剧烈死亡。
- 高效生产：这些恒星寿命短暂，死亡时会发生猛烈爆炸，将它们在核心处合成的大量重元素喷射到宇宙空间中。
- 惊人的产量：对31个超新星遗迹的观测研究发现，平均每次核心塌缩超新星会产生高达 0.42个太阳质量 的尘埃，相当于约13万个地球质量。
“如此巨大的质量意味着，核心塌缩超新星很可能是早期宇宙尘埃的主导来源，也可能是我们今天本地宇宙中最重要的恒星尘埃来源。”
尘埃的幸存率
当然，并非所有产生的尘埃都能完整地保留下来。超新星爆炸产生的冲击波和其他天体物理过程会摧毁一部分尘埃。
- 研究表明，大约只有 30-40% 的尘埃能够在这些破坏性事件中幸存下来。
- 尽管损失巨大，但幸存下来的尘埃数量仍然足以解释我们在宇宙中观测到的尘埃总量。
因此，我们脚下的土地、构成我们身体的重元素，其最古老的源头，很可能就来自数十亿年前那些巨大恒星的壮丽死亡。