Kreditna slika: Hubble
Novi članak objavljen u časopisu Nature pomaže riješiti dugogodišnju misteriju o nekim najranijim čvrstim česticama u Svemiru. Vruća prašina je pronađena u prošlosti, ali hladnija prašina uglavnom je bila nevidljiva - do sada. Čini se da su supernove izuzetno učinkovite u stvaranju prašine koja kasnije formira planete, stijene i ljude.
Upravo smo otkrili da neke supernove imaju loše navike - izvlače ogromne količine dima, poznate kao kozmička prašina. Ovo rješava dugogodišnju misteriju o podrijetlu kozmičke prašine i sugerira da su supernove, koje eksplodiraju zvijezde, bile odgovorne za stvaranje prvih čvrstih čestica u Svemiru.
Glavni osumnjičeni
Supernove su nasilne eksplozije zvijezda koje su se dogodile na kraju njihova života. Javljaju se u našoj Galaksiji otprilike svakih 50 godina i postoje dvije glavne vrste - tip Ia i II. Tip II su eksplozije vrlo masivnih zvijezda čija je masa veća od 8 puta veća od Sunčeve mase (Msun). Te zvijezde 'žive brzo - umiru mladi' trošeći vodik i helij gorivo u samo nekoliko milijuna godina, tisućama puta brže nego što Sunce sagorijeva svoje gorivo. Kada se potrošnja goriva potroši, zvijezda mora sagorjeti teže i teže elemente sve dok, napokon, kad više ne može održati živ, unutarnji dijelovi zvijezde urušavaju u obliku neutronske zvijezde ili Crne rupe, a vanjski dijelovi se bacaju u kataklizmi koju nazivamo supernova. Ogromna eksplozija pretvara okolni plin u školjku koja sjaji u rendgenskim, optičkim i radiovalnim duljinama i šalje udarne valove kroz galaksiju. Supernove oslobađaju više energije u jednom trenu nego što će ih Sunce proizvesti u svom životnom vijeku. Ako bi najbliža masivna zvijezda, Betelgeuse u zviježđu Orion, trebala postati supernova, bila bi (za kratko vrijeme) sjajnija od punog mjeseca.
Kozmički dimni ekran
Međuzvjezdana prašina sastoji se od sitnih čestica čvrstog materijala koji lebde u prostoru između zvijezda - veličina koje su obično dimenzije cigarete. Nije isto što i prašina koju čistimo u svojim kućama, a u stvari je Zemlja ogromna gomila kozmičke prašine! Odgovorna je za blokiranje oko polovice sve svjetlosti koju emitiraju zvijezde i galaksije i duboko utječe na naš pogled na Univerzum. Ovaj „prašnjavi“ oblak ima srebrnu oblogu, iako astronomi mogu „vidjeti“ prašinu kojom zrači ukradena zvijezda pomoću posebnih kamera dizajniranih za rad na većim valnim duljinama, u infracrvenom (IR: 10 - 100 mikrona) i submilimetar ( sub-mm: 0,3 - 1 mm) dio elektromagnetskog spektra. Jedna takva kamera naziva se SCUBA i nalazi se na teleskopu James Clerk Maxwell na Havajima. SCUBA je instrument sagrađen u Velikoj Britaniji, koji otkriva svjetlosne valove pri valnim duljinama ispod mm i može vidjeti prašinu tamo gdje se nalaze najudaljenije zvijezde i galaksije.
Prašnjavi počeci
Nedavna promatranja s SCUBA-om pokazala su da ogromna količina prašine postoji u galaksijama i kvazarima kada je Svemir bio tek 1/10 svog sadašnjeg doba, mnogo prije nego što su se Zemlja i Sunčev sustav formirali. Prisutnost sve ove prašine u dalekom svemiru ima velik utjecaj na ono što astronomi mogu vidjeti svojim ogromnim optičkim teleskopom, jer ograničava količinu zvijezde koja može pobjeći iz daleke galaksije i biti viđena na Zemlji.
Da je u svemiru bilo toliko čvrstih čestica u tako rano vrijeme bilo je veliko iznenađenje astronoma jer su vjerovali da se prašina uglavnom stvara u hladnim vjetrovima iz crvenih divovskih zvijezda pred kraj njihovog života. Budući da je potrebno dugo vremena da zvijezda dosegne ovu fazu u svojoj evoluciji (Suncu će trebati oko 9 milijardi godina) jednostavno nije bilo dovoljno vremena da se na ovaj način napravi toliko prašine.
'Prašina je zgužvana pod kozmičkim tepihom - godinama astronomi su to tretirali kao smetnju zbog načina na koji sakriva svjetlost od zvijezda. Ali tada smo otkrili da ima prašine na rubu Svemira, u najranijim zvijezdama i galaksijama, i shvatili smo da nismo svjesni ni njegovog osnovnog podrijetla “, objasnio je dr. Dunne.
Supernove također stvaraju velike količine teških elemenata, poput ugljika i kisika, i izbacuju ih u međuzvjezdani prostor. To su elementi koji čine naša tijela i, budući da su ujedno i elementi koji čine zrnca prašine, supernove su dugo bili glavni osumnjičeni u misteriju podrijetla kozmičke prašine. Kako je potrebno samo nekoliko milijuna godina da najmasovnije zvijezde dođu do kraja života i eksplodiraju kao supernove, mogli bi dovoljno brzo stvoriti prašinu da objasne što se vidi u ranom Svemiru. Međutim, do trenutka rada ovog tima, u supernovama je pronađena samo sitna količina prašine - astronomi su ostavili pušku za pušenje, ali bez „dima“
Haley Morgan, doktorska studentica iz Cardiffa, rekla je: "Ako bi supernove bile efikasne prašine, tvornice" svaka bi proizvela više od mase Sunca u prašini. "
"Kako se masovne zvijezde razvijaju kako bi postale supernove u tren oka po astronomskim standardima, one bi lako mogle objasniti zašto se rani Svemir čini toliko prašnjav", dodao je dr. Rob Ivison iz Kraljevskog opservatorija u Edinburghu.
Supernova Sleuths
Tim iz Cardiffa i Edinburga upotrijebio je SCUBA kako bi pretražili emisiju prašine u ostacima nedavne supernove. Kasiopeja A ostatak je supernove koja se dogodila prije oko 320 godina. Nalazi se u zviježđu Kasiopeja, udaljenom 11.000 svjetlosnih godina od Zemlje i širok je oko 10 svjetlosnih godina. Cas A je najsvjetliji radio izvor na nebu, tako da je dobro proučen na mnogim valnim duljinama, od optičkih do rendgenskih zraka. Slike dolje prikazuju Cas A na rendgenu, optičkom, infracrvenom i radiju. X-zrake prate zaista vrući plin (10 milijuna stupnjeva Kelvina), a ostale valne duljine prate materijal na: 10 tisuća stupnjeva (optički), vruću prašinu pri 100 K (IR) i elektrone visoke energije (radio).
Iako su astronomi desetljećima tragali za prašinom u ostacima supernove, koristili su instrumente koji su mogli otkriti samo prilično toplu prašinu, poput one na ISO infracrvenoj slici gore. Tu je prednost SCUBA jer može vidjeti prašinu koja je jako hladna i to zato što djeluje na većim valnim duljinama ispod mm.
"Na isti način na kojem možete vidjeti željezni poker kako svijetli samo kad je požar, prašinu možete vidjeti samo infracrvenim kamerama kada je toplije od oko 25 Kelvina, ali SCUBA to može vidjeti i kada je hladnije" objasnio je dr. Steve Eales, čitatelj astrofizike na Sveučilištu Cardiff.
Dokaz o hladnom teškom stanju
SCUBA je u ostatku Cas A pronašla veliku količinu prašine, 1-4 puta veću od mase Sunca! To je preko 1.000 puta više nego što smo vidjeli prije. To znači da je Cas A bio vrlo učinkovit u stvaranju prašine iz dostupnih elemenata. Temperatura prašine je vrlo niska, samo 18 Kelvina (-257 Celzijevih stupnjeva), i to je razlog što je nikada ranije nismo vidjeli. Ispod su dvije sub mm mm slike Cas A na 850 i 450 mikrona snimljene SCUBA-om. Možete vidjeti da lijeva slika sliči malo na radio jedan gore, a to je zbog toga što elektroni visoke energije koji čine radio sliku također emitiraju dio svoje energije na nešto kraćim valnim duljinama - kontaminirajući sub mm emisiju na 850 mikrona. Srednja slika je na 450 mikrona gdje je zagađenje mnogo manje, pa je većina ove emisije iz hladne prašine. Ako uklonimo onečišćenje, dobit ćemo drugačiju sliku (desno). Sva prašina vidi se u donjoj polovici ostatka, a dvije slike ispod mm izgledaju mnogo sličnije!
850 mikrona bez radijske kontaminacije
"Zagonetka je kako prašina može ostati tako hladna kad znamo da ima plina na preko milion stupnjeva prisutnih od zračenja koje zrači." Prokomentirao je prof. Mike Edmunds, voditelj Škole fizike i astronomije u Cardiff.
Prašina također ima različita svojstva od „svakodnevne“ vrste prašine u Mliječnom putu i drugim galaksijama - bolje je „sjajiti“ u pod-mmu, možda zato što je još uvijek vrlo mlada i relativno netaknuta. Da su sve supernove bile tako učinkovite u stvaranju prašine, one bi bile najveće „tvornice prašine“ u Galaksiji. Supernove za pušenje pružaju rješenje tajne ogromne količine prašine viđene u ranom Svemiru.
"Ova nam promatranja daju mučan pogled na to kako su nastale prve čvrste čestice u Svemiru", rekla je Haley Morgan.
Izvorni izvor: Vijesti sa sveučilišta Cardiff
