Кредит зображення: Хаббл
Нова стаття, опублікована в журналі Nature, допомагає вирішити давню таємницю про деякі найдавніші тверді частинки у Всесвіті. Гарячий пил був знайдений і раніше, але холодніший пил був переважно невидимим - дотепер. Виявляється, наднови надзвичайно ефективні при виробленні пилу, який згодом утворює планети, скелі та люди.
Ми нещодавно виявили, що деякі наднові мають шкідливі звички - вони виривають величезну кількість диму, відомого як космічний пил. Це розв’язує давню таємницю щодо походження космічного пилу і дозволяє припустити, що наднови, які вибухають зірки, відповідали за створення перших у Всесвіті твердих частинок.
Основні підозрювані
Супернові - це насильницькі вибухи зірок, що сталися наприкінці їхнього життя. Вони трапляються приблизно в кожні 50 років у нашій Галактиці і є два основних типи - тип Ia та II. Тип II - це вибухи дуже масивних зірок, маса яких більше 8 разів перевищує масу Сонця (Мсун). Ці зірки "живуть швидко - вмирають молоді", використовуючи водневе та гелієве паливо лише за кілька мільйонів років, тисячі разів швидше, ніж Сонце спалює це паливо. Коли запас палива вичерпаний, зірка повинна спалювати важчі та важчі елементи, поки, нарешті, коли вона більше не може зберегти себе в живих, внутрішні частини зірки розпадуться, утворюючи нейтронну зірку або Чорну діру, а зовнішні частини закидаються у катаклізмі ми називаємо наднову. Величезний вибух перекидає навколишній газ у оболонку, яка світиться на довжинах рентгенівських, оптичних та радіохвиль і посилає ударні хвилі по галактиці. Супернові виділяють більше енергії за одну мить, ніж Сонце виробляє протягом усього свого життя. Якби найближча масивна зірка, Бетельгейзе в сузір’ї Оріона, мала б перейти на наднову, вона (на короткий час) була б яскравішою, ніж повний місяць.
Космічний димовий екран
Міжзоряний пил складається з крихітних частинок твердого матеріалу, що плавають навколо у просторі між зірками - розмірами, типовими розмірами сигаретного диму. Це не те саме, що пил, яку ми прибираємо в наших будинках, а насправді Земля - це гігантський грудочок космічного пилу! Він відповідає за блокування приблизно половини всього світла, випромінюваного від зірок і галактик, і сильно впливає на наш погляд на Всесвіт. Ця "запилена" хмара має срібну підкладку, хоча, як астрономи можуть "бачити" пил, що випромінює вкрадене зіркове світло, використовуючи спеціальні камери, призначені для роботи на більш довгих хвилях, в інфрачервоному (ІЧ: 10 - 100 мкм) і субміліметровому ( суб-мм: 0,3 - 1 мм) частина електромагнітного спектру. Одна з таких камер називається SCUBA, і вона розташована на телескопі Джеймса Клерка Максвелла на Гаваях. SCUBA - це пристрій, побудований у Великобританії, який виявляє світлові хвилі на довжині хвилі нижче мм і здатний бачити пил прямо там, де знаходяться найдальші зірки та галактики.
Пилові начала
Недавні спостереження з SCUBA показали, що величезна кількість пилу існує в галактиках і квазарах, коли Всесвіт була лише 1/10-го числа свого теперішнього віку, задовго до утворення Землі та Сонячної системи. Присутність усього цього пилу у віддаленому Всесвіті має великий вплив на те, що астрономи здатні бачити за допомогою своїх гігантських оптичних телескопів, оскільки це обмежує кількість зоряного світла, яке може вирватися з далекої галактики та побачити на Землі.
Те, що у Всесвіті було так багато твердих частинок у такий ранній час, було неабияким сюрпризом для астрономів, оскільки вони вважали, що пил в основному утворюється під прохолодними вітрами з червоних гігантських зірок наприкінці їхнього життя. Оскільки минуло багато часу, щоб зірка досягла цієї стадії своєї еволюції (Сонцю знадобиться близько 9 мільярдів років) просто не вистачило часу, щоб стільки пилу було зроблено таким чином.
"Пил підмітається під космічний килим - роками астрономи трактували це як неприємність через те, як він приховує світло від зірок. Але потім ми виявили, що на краю Всесвіту, в самих ранніх зір і галактик, є пил, і ми зрозуміли, що ми не знаємо навіть його основного походження, - пояснив доктор Данн.
Супернові також створюють велику кількість важких елементів, таких як вуглець і кисень, і викидають їх у міжзоряний простір. Це елементи, які складають наше тіло, і, оскільки вони також є елементами, що складають пилові зерна, наднови вже давно є головним підозрюваним у таємниці походження космічного пилу. Оскільки потрібно лише кілька мільйонів років, щоб наймасовіші зірки досягли кінця життя і вибухали як супернові, вони могли досить швидко запилити пил, щоб пояснити те, що спостерігається в ранньому Всесвіті. Однак, поки робота цієї команди, у супернових ніколи не було знайдено лише невеликої кількості пилу - астрономи залишають з курячим пістолетом, але без "диму"
Хейлі Морган, докторант з Кардіффа, сказала: "Якщо суперні будуть ефективними пиловими" фабриками ", вони б виробляли більше, ніж маса Сонця в пилу".
"По мірі того, як масивні зірки еволюціонують, астрономічними мірками стають надновими, вони легко пояснюють, чому рання Всесвіт видається такою запиленою", - додав д-р Роб Айвісон з Королівської обсерваторії Едінбург.
Супернові слюти
Команда з Кардіффа та Едінбурга використала SCUBA для пошуку викидів пилу в залишках недавньої наднової. Кассіопея А - це залишок наднової, що сталася близько 320 років тому. Він розташований у сузір’ї Кассіопея, за 11000 світлових років від Землі і становить приблизно 10 світлових років. Cas A - найяскравіше радіо джерело на небі, тому воно добре вивчене на багатьох довжинах хвиль від оптичного до рентгенівського випромінювання. Зображення, представлені нижче, показують Cas A на рентгенограмах, оптичному, інфрачервоному та радіо. Рентгенівські промені слідують за дійсно гарячим газом (10 мільйонів градусів Кельвіна), а інші довжини хвиль простежують матеріал при: 10 тис. Градусів (оптичний), гарячому пилу при 100 К (ІЧ) та високоенергетичних електронах (радіо).
Хоча астрономи десятиліттями шукали пил у залишках наднових, вони використовували інструменти, які могли виявити лише досить теплий пил, як, наприклад, на інфрачервоному зображенні ISO вище. Тут є перевага SCUBA, оскільки він може бачити пил, який дуже холодний, і це тому, що він працює на більш довгих довжинах хвилі нижче мм.
"Так само, як ви можете бачити залізний покер, що світиться лише тоді, коли він був у вогні, ви можете бачити пил лише з інфрачервоних камер, коли тепліше, ніж приблизно 25 Келвін, але SCUBA може бачити це і тоді, коли холодніше" пояснив доктор Стів Ейлз, читач з астрофізики Університету Кардіффа.
Доказів холодної важкої дії
SCUBA знайшов велику кількість пилу в залишку Cas A, в 1-4 рази більше, ніж маса Сонця! Це в 1000 разів більше, ніж раніше. Це означає, що Cas A був дуже ефективним у створенні пилу з наявних елементів. Температура пилу дуже низька, лише 18 кельвінів (-257 градусів Цельсія), і це є причиною того, що її ніколи раніше не бачили. Нижче представлені два суб-мм зображення Cas A на 850 і 450 мкм, зняті SCUBA. Ви можете бачити, що ліве зображення трохи нагадує радіо вище, і це тому, що високоенергетичні електрони, які створюють радіозображення, також випромінюють частину своєї енергії на дещо меншій довжині хвилі - забруднюючи випромінювання нижнього мм на 850 мікрон. Середнє зображення розміром у 450 мкм, де забруднення значно нижче, тому більша частина цього викиду відбувається від холодного пилу. Якщо ми видалимо забруднення, то отримаємо іншу картину (праворуч). Весь пил видно в нижній половині залишку, а два суб-мм зображення тепер виглядають набагато схожішими!
850 мкм без радіозабруднення
"Загадка полягає в тому, як пил може залишатися такою холодною, коли ми знаємо, що в результаті випромінювання рентгенівського випромінювання є газ понад мільйона градусів", - коментує професор Майк Едмундс, керівник школи фізики та астрономії в Кардіфф.
Пил також має різні властивості до «повсякденного» типу пилу в Чумацькому Шляху та інших галактиках - краще «світити» в підмірі, можливо, тому що він ще дуже молодий і відносно незайманий. Якби всі наднові були такими ефективними у виготовленні пилу, вони були б найбільшими пиловидними фабриками в Галактиці. Куріння наднових дає вирішення таємниці величезної кількості пилу, що спостерігається в ранньому Всесвіті.
"Ці спостереження дають нам вражаючий погляд на те, як були створені перші тверді частинки у Всесвіті", - сказала Хейлі Морган.
Оригінальне джерело: Новини університету Кардіффа
