Kreditna slika: Hubble
Nov članek, objavljen v reviji Nature, pomaga rešiti dolgoletno skrivnost o nekaterih najzgodnejših trdnih delcih v vesolju. Vroč prah je bilo že v preteklosti, hladnejši prah pa je bil večinoma neviden - do zdaj. Zdi se, da so supernove izjemno učinkovite pri ustvarjanju prahu, ki kasneje tvori planete, skale in ljudi.
Pravkar smo odkrili, da imajo nekatere supernove slabe navade - izločajo ogromne količine dima, znanega kot kozmični prah. To rešuje dolgoletno skrivnost glede nastanka kozmičnega prahu in nakazuje, da so bile supernove, ki eksplodirajo zvezde, odgovorne za nastajanje prvih trdnih delcev v vesolju.
Glavni osumljenci
Supernove so silovite eksplozije zvezd, ki se zgodijo na koncu življenja. V naši Galaksiji se pojavljajo približno vsakih 50 let in obstajata dve glavni vrsti - tip Ia in II. Tip II so eksplozije zelo masivnih zvezd, katerih masa je več kot 8-krat večja od Sončeve mase (Msun). Te zvezde "živijo hitro - umrejo mlade", ki porabijo vodikovo in helijevo gorivo le v nekaj milijonih let, na tisoče krat hitreje, kot sonce gori svoje gorivo. Ko je dovod goriva izčrpan, mora zvezda goreti težje in težje elemente, dokler ne nazadnje, ko ne more več živeti, se notranji deli zvezde sesedejo, da tvorijo nevtronsko zvezdo ali Črno luknjo, zunanji deli pa se vnamejo v kataklizmi, ki ji pravimo supernova. Ogromna eksplozija pometa okoliški plin v lupino, ki sije na rentgenskih, optičnih in radijskih valovnih dolžinah ter pošilja udarne valove po galaksiji. Supernove v enem trenutku sprostijo več energije, kot jo bo Sonce proizvedlo v celotnem življenjskem času. Če bi najbližja masivna zvezda, Betelgeuse v ozvezdju Orion, šla supernova, bi bila (za kratek čas) svetlejša od polne lune.
Kozmetični dimni zaslon
Medzvezdni prah je sestavljen iz drobnih delcev trdnega materiala, ki lebdijo v prostoru med zvezdami - z velikostmi, značilnimi za cigaretni dim. Ni isto kot prah, ki ga očistimo v svojih hišah, in pravzaprav je Zemlja velikanski kup kozmičnega prahu! Odgovoren je za blokiranje približno polovice svetlobe, ki jo oddajajo zvezde in galaksije, ter močno vpliva na naš pogled na Vesolje. Ta „prašni“ oblak ima srebrno podlogo, saj astronomi lahko „vidijo“ prah, ki seva ukradeno zvezdo s pomočjo posebnih kamer, zasnovanih za delovanje na daljših valovnih dolžinah, v infrardečem (IR: 10 - 100 mikronov) in submilimetrskem ( pod-mm: 0,3 - 1 mm) del elektromagnetnega spektra. Ena takih kamer se imenuje SCUBA in se nahaja na teleskopu James Clerk Maxwell na Havajih. SCUBA je instrument v Združenem kraljestvu, ki zaznava svetlobne valove pri valovnih dolžinah pod mm in je sposoben videti prah tam, kjer so najbolj oddaljene zvezde in galaksije.
Prašni začetki
Nedavna opazovanja s SCUBA so pokazala, da obstaja ogromno prahu v galaksijah in kvazarjih, ko je bilo vesolje šele 1/10 desetletja svoje sedanje dobe, dolgo preden sta se oblikovala Zemlja in sončni sistem. Prisotnost vsega tega prahu v daljnem vesolju ima velik vpliv na to, kar astronomi lahko vidijo s svojimi velikanskimi optičnimi teleskopi, saj omejuje količino zvezdne svetlobe, ki lahko pobegne iz oddaljene galaksije in jo vidi na Zemlji.
Da je bilo tako ves čas v vesolju toliko trdnih delcev, je bilo astronomom veliko presenečenje, saj so verjeli, da se prah večinoma oblikuje v hladnih vetrovih rdečih orjaških zvezd pred koncem življenja. Ker traja dolgo, da zvezda doseže to stopnjo v svoji evoluciji (Sonce bo trajalo približno 9 milijard let), preprosto ni bilo dovolj časa, da se na ta način nabere toliko prahu.
„Prah je pometen pod kozmično preprogo - astronomi so ga leta obravnavali kot nadlogo zaradi načina, kako skriva svetlobo pred zvezdami. Toda potem smo ugotovili, da je prah na robu vesolja, v najzgodnejših zvezdah in galaksijah, in ugotovili smo, da ne poznamo niti njegovega osnovnega izvora, "je pojasnil dr. Dunne.
Supernove tvorijo tudi velike količine težkih elementov, kot so ogljik in kisik, in jih vržejo v medzvezdni prostor. To so elementi, ki sestavljajo naša telesa, in ker so tudi elementi, ki sestavljajo prašno zrno, so supernove že dolgo glavni osumljenec skrivnosti izvora kozmičnega prahu. Ker najmočnejše zvezde potrebujejo le nekaj milijonov let, da pridejo do konca življenja in eksplodirajo kot supernove, bi lahko dovolj hitro napolnile prah, da bi razložile, kaj se vidi v zgodnjem vesolju. Vendar pa do dela te ekipe v supernovah niso bile najdene le majhne količine prahu - astronomi so puščali pištolo za kajenje, vendar brez "dima"
Haley Morgan, doktorska študentka iz Cardiffa, je dejala: "Če bi bile supernove učinkovite prašne" tovarne ", bi vsaka ustvarila več kot masa Sonca v prahu."
"Ko se množične zvezde razvijajo in postanejo supernove v hipu po astronomskih standardih, bi z lahkoto razložile, zakaj se zgodnji Vesolj zdi tako prašen." Je dodal dr. Rob Ivison iz kraljevega observatorija v Edinburghu.
Supernova Sleuths
Ekipa iz Cardiffa in Edinburga je s pomočjo SCUBA iskala emisije prahu v ostankih nedavne supernove. Kasiopeja A je ostanek supernove, ki se je zgodila pred približno 320 leti. Nahaja se v ozvezdju Kasiopeja, 11.000 svetlobnih let od Zemlje in je približno 10 svetlobnih let. Cas A je najsvetlejši radijski vir na nebu, zato je dobro proučen na številnih valovnih dolžinah od optičnih do rentgenskih žarkov. Spodnje slike prikazujejo Cas A na rentgenskih, optičnih, infrardečih in radio. X-žarki sledijo res vročemu plinu (10 milijonov stopinj Kelvina), druge valovne dolžine pa sledijo materialu pri: 10 tisoč stopinjah (optični), vroč prah pri 100 K (IR) in visokoenergijski elektroni (radio).
Čeprav so astronomi že desetletja iskali prah v ostankih supernove, so uporabili instrumente, ki so lahko zaznali le precej prah, kot je bil na ISO infrardeči sliki zgoraj. Prednost SCUBA je tu, ker lahko vidi prah, ki je zelo hladen, in to zato, ker deluje pri daljših valovnih dolžinah pod mm.
"Tako kot lahko vidite železni poker, ki sveti samo, ko je bil v požaru, prah z infrardečimi kamerami lahko vidite le, ko je topleje kot približno 25 Kelvinov, SCUBA pa ga lahko opazite tudi, ko je hladneje." je razložil dr. Steve Eales, bralec iz astrofizike na univerzi Cardiff.
Dokazi o hladnem trdnem stanju
SCUBA je v ostanku Cas A našla veliko količino prahu, 1-4 krat večjo od mase Sonca! To je več kot 1.000-krat več, kot smo videli že prej. To pomeni, da je bil Cas A zelo učinkovit pri ustvarjanju prahu iz razpoložljivih elementov. Temperatura prahu je zelo nizka, le 18 Kelvin (-257 stopinj Celzija), in to je razlog, da ga še nikoli nismo videli. Spodaj sta pod-mm slike Cas A s 850 in 450 mikroni, posnetih s SCUBA. Vidite, da leva slika nekoliko spominja na radio zgoraj, in to zato, ker visokoenergetski elektroni, ki tvorijo radijsko sliko, oddajajo tudi nekaj svoje energije na nekoliko krajših valovnih dolžinah - onesnažijo sub mm emisijo pri 850 mikron. Srednja slika je na 450 mikronov, kjer je onesnaženost veliko manjša, zato je večina te emisije iz hladnega prahu. Če odstranimo kontaminacijo, dobimo drugačno sliko (desno). Ves prah je viden v spodnji polovici ostanka in dve pod mm mm sliki sta videti veliko bolj podobni!
850 mikronov brez radijske kontaminacije
"Uganka je, kako lahko prah ostane tako hladen, ko vemo, da je plin, dobljen na več kot milijon stopinj, zaradi rentgenskega sevanja, ki ga oddaja." Je komentiral profesor Mike Edmunds, vodja Šole za fiziko in astronomijo v Cardiff.
Prah ima tudi drugačne lastnosti kot "vsakdanje" vrste prahu v Mlečni poti in drugih galaksijah - bolje je, da "svetijo" v podmetih, morda zato, ker je še vedno zelo mlad in razmeroma neokrnjen. Če bi bile vse supernove tako učinkovite pri sestavljanju prahu, bi bile največje "tovarne" prahu v Galaksiji. Kajenje supernov ponuja rešitev skrivnosti ogromnih količin prahu, ki so jih opazili v zgodnjem vesolju.
"Ta opažanja nam dajejo mukotrpni pogled na to, kako so nastali prvi trdni delci v vesolju," je dejala Haley Morgan.
Izvirni vir: News Release University Cardiff
