Πιστωτική εικόνα: Χαμπλ
Ένα νέο άρθρο που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature βοηθά στη διευθέτηση ενός μακροχρόνιου μυστηρίου σχετικά με μερικά από τα πρώτα στερεά σωματίδια στο Σύμπαν. Στο παρελθόν είχε βρεθεί θερμή σκόνη, αλλά η πιο κρύα σκόνη ήταν ως επί το πλείστον αόρατη - μέχρι τώρα. Φαίνεται ότι οι σουπερνόβες είναι εξαιρετικά αποτελεσματικοί στην παραγωγή της σκόνης που σχηματίζει αργότερα πλανήτες, βράχους και ανθρώπους.
Μόλις ανακαλύψαμε ότι ορισμένοι σουπερνόβα έχουν κακές συνήθειες - εκτοξεύουν τεράστιες ποσότητες καπνού, γνωστές ως κοσμική σκόνη. Αυτό λύνει ένα μακροχρόνιο μυστήριο σχετικά με την προέλευση της κοσμικής σκόνης και υποδηλώνει ότι οι σουπερνόβες, οι οποίες εκρήγνυνται τα αστέρια, ήταν υπεύθυνες για την παραγωγή των πρώτων στερεών σωματιδίων στο Σύμπαν.
Οι πρωταρχικοί ύποπτοι
Οι σουπερνόβα είναι οι βίαιες εκρήξεις των αστεριών που συμβαίνουν στο τέλος της ζωής τους. Εμφανίζονται περίπου κάθε 50 χρόνια στον Γαλαξία μας και υπάρχουν δύο κύριοι τύποι - Type Ia και II. Ο τύπος II είναι οι εκρήξεις πολύ μαζικών αστεριών με μάζα μεγαλύτερη από 8 φορές τη μάζα του Ήλιου (Msun). Αυτά τα αστέρια «ζουν γρήγορα - πεθαίνουν νεαρά» καταναλώνουν το καύσιμο υδρογόνου και ηλίου σε λίγα εκατομμύρια χρόνια, χιλιάδες φορές γρηγορότερα από ό, τι ο ήλιος καίει τα καύσιμα του. Όταν εξαντληθεί η τροφοδοσία καυσίμου, το αστέρι πρέπει να κάψει βαρύτερα και βαρύτερα στοιχεία έως ότου, τελικά, όταν δεν μπορεί να κάνει τίποτα περισσότερο για να κρατήσει ζωντανό τα εσωτερικά μέρη του αστεριού καταρρέουν για να σχηματίσουν ένα αστέρι νετρονίου ή Μαύρη τρύπα, και τα εξωτερικά μέρη πέφτουν στο κατακλυσμό που ονομάζουμε σουπερνόβα. Η τεράστια έκρηξη σαρώνει το περιβάλλον αέριο σε ένα κέλυφος που λάμπει σε ακτίνες Χ, οπτικά και ραδιοκύματα μήκους κύματος και στέλνει κύματα σοκ μέσω του γαλαξία. Οι σουπερνόβα απελευθερώνουν περισσότερη ενέργεια σε μια στιγμή από ό, τι ο ήλιος θα παράγει σε όλη τη διάρκεια ζωής του. Εάν το πλησιέστερο τεράστιο αστέρι, η Betelgeuse στον αστερισμό Orion, έφτασε στη σουπερνόβα, θα ήταν (για μικρό χρονικό διάστημα) φωτεινότερο από την πανσέληνο.
Η κοσμική οθόνη καπνού
Η διαστρική σκόνη αποτελείται από μικροσκοπικά σωματίδια στερεού υλικού που κυμαίνονται στον χώρο μεταξύ των άστρων - με μεγέθη συνήθως του καπνού τσιγάρων. Δεν είναι το ίδιο με τη σκόνη που καθαρίζουμε στα σπίτια μας, και στην πραγματικότητα η Γη είναι ένα τεράστιο κομμάτι κοσμικής σκόνης! Είναι υπεύθυνο για τον αποκλεισμό περίπου του μισού από το φως που εκπέμπεται από τα αστέρια και τους γαλαξίες και επηρεάζει βαθιά την άποψή μας για το Σύμπαν. Αυτό το «σκονισμένο» σύννεφο έχει μια ασημένια επένδυση, καθώς οι αστρονόμοι μπορούν να «δουν» τη σκόνη που ακτινοβολεί το κλεμμένο αστρικό φως χρησιμοποιώντας ειδικές κάμερες που έχουν σχεδιαστεί για να λειτουργούν σε μεγαλύτερα μήκη κύματος, στο Υπέρυθρο (IR: 10 - 100 μικρά) και στο Υπομυλίμετρο ( sub-mm: 0,3 - 1 mm) μέρος του ηλεκτρομαγνητικού φάσματος. Μία τέτοια κάμερα ονομάζεται SCUBA και βρίσκεται στο τηλεσκόπιο James Clerk Maxwell στη Χαβάη. Το SCUBA είναι ένα όργανο κατασκευής του Ηνωμένου Βασιλείου που ανιχνεύει κύματα φωτός σε μήκη κύματος κάτω των mm και είναι σε θέση να δει τη σκόνη ακριβώς από εκεί που βρίσκονται τα πιο μακριά αστέρια και γαλαξίες.
Σκονισμένο ξεκίνημα
Πρόσφατες παρατηρήσεις με το SCUBA έδειξαν ότι υπάρχει τεράστια ποσότητα σκόνης στους γαλαξίες και στα κβάζαρ όταν το Σύμπαν ήταν μόλις το 1/10 της σημερινής του εποχής, πολύ πριν από τη γη και το ηλιακό σύστημα. Η παρουσία όλης αυτής της σκόνης στο μακρινό Σύμπαν έχει μεγάλη επίδραση σε αυτό που οι αστρονόμοι μπορούν να δουν με τα γιγαντιαία οπτικά τηλεσκόπια τους, καθώς περιορίζει την ποσότητα του αστεριού που μπορεί να διαφύγει από έναν μακρινό γαλαξία και να δει στη Γη.
Το ότι υπήρχαν τόσα πολλά στερεά σωματίδια στο Σύμπαν τόσο νωρίς ήταν μεγάλη έκπληξη για τους αστρονόμους, καθώς πίστευαν ότι η σκόνη σχηματίστηκε κυρίως σε δροσερούς ανέμους από κόκκινα γιγαντιαία αστέρια κοντά στο τέλος της ζωής τους. Δεδομένου ότι χρειάζεται πολύς χρόνος για να φτάσει το αστέρι σε αυτό το στάδιο της εξέλιξής του (ο ήλιος θα διαρκέσει περίπου 9 δισεκατομμύρια χρόνια) απλά δεν υπήρχε αρκετός χρόνος για τόση σκόνη να έχει γίνει με αυτόν τον τρόπο.
«Η σκόνη σκουπίστηκε κάτω από το κοσμικό χαλί - εδώ και χρόνια οι αστρονόμοι το αντιμετώπισαν ως ενόχληση λόγω του τρόπου που κρύβει το φως από τα αστέρια. Αλλά τότε βρήκαμε ότι υπάρχει σκόνη στην άκρη του Σύμπαντος, στα πρώτα αστέρια και γαλαξίες, και συνειδητοποιήσαμε ότι αγνοούσαμε ακόμη και τη βασική του προέλευση », εξήγησε ο Δρ Dunne.
Οι σουπερνόβα παράγουν επίσης μεγάλες ποσότητες βαρέων στοιχείων, όπως άνθρακα και οξυγόνο, και τα πετάνε έξω στον διαστρικό χώρο. Αυτά είναι τα στοιχεία που αποτελούν το σώμα μας και, καθώς είναι επίσης τα στοιχεία που αποτελούν κόκκους σκόνης, οι σουπερνόβες υπήρξαν εδώ και καιρό πρωταρχικός ύποπτος για το μυστήριο της προέλευσης της κοσμικής σκόνης. Καθώς χρειάζονται μόνο λίγα εκατομμύρια χρόνια για να φτάσουν τα πιο τεράστια αστέρια στο τέλος της ζωής τους και να εκραγούν ως σουπερνόβα, θα μπορούσαν να κάνουν σκόνη αρκετά γρήγορα για να εξηγήσουν τι φαίνεται στο πρώιμο Σύμπαν. Ωστόσο, μέχρι να δουλέψει αυτή η ομάδα, μόνο μικροσκοπικές ποσότητες σκόνης είχαν βρεθεί ποτέ σε σουπερνόβα - αφήνοντας τους αστρονόμους με ένα πιστόλι καπνίσματος αλλά χωρίς «καπνό»
Ο Haley Morgan, φοιτητής διδακτορικού στο Κάρντιφ είπε: «Αν οι σουπερνόβα ήταν αποτελεσματικά« εργοστάσια »σκόνης, το καθένα θα παράγει περισσότερο από τη μάζα του Ήλιου σε σκόνη».
«Καθώς τα τεράστια αστέρια εξελίσσονται για να γίνουν σουπερνόβα με ριπή οφθαλμού από αστρονομικά πρότυπα, θα μπορούσαν εύκολα να εξηγήσουν γιατί το πρώιμο Σύμπαν φαίνεται τόσο σκονισμένο».
Supernova Sleuths
Η ομάδα του Κάρντιφ και του Εδιμβούργου χρησιμοποίησε το SCUBA για να αναζητήσει την εκπομπή σκόνης στα ερείπια μιας πρόσφατης σουπερνόβα. Το Cassiopeia A είναι το κατάλοιπο μιας σουπερνόβα που συνέβη πριν από περίπου 320 χρόνια. Βρίσκεται στον αστερισμό Cassiopeia, 11.000 έτη φωτός από τη Γη και απέχει περίπου 10 έτη φωτός. Το Cas A είναι η φωτεινότερη πηγή ραδιοφώνου στον ουρανό, οπότε μελετάται καλά σε πολλά μήκη κύματος από τις οπτικές έως τις ακτίνες Χ. Οι παρακάτω εικόνες δείχνουν το Cas A στις ακτίνες Χ, οπτικό, υπέρυθρο και ραδιόφωνο. Οι ακτίνες Χ ακολουθούν το πραγματικά καυτό αέριο (10 εκατομμύρια βαθμοί Kelvin) και τα άλλα μήκη κύματος ανιχνεύουν υλικό στις: 10 χιλιάδες μοίρες (οπτική), θερμή σκόνη στα 100 K (IR) και ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας (ραδιόφωνο).
Παρόλο που οι αστρονόμοι αναζητούσαν σκόνη σε υπολείμματα σουπερνόβα για δεκαετίες, είχαν χρησιμοποιήσει όργανα που μπορούσαν να ανιχνεύσουν μόνο σκόνη που ήταν αρκετά ζεστή, όπως αυτή στην υπέρυθρη εικόνα ISO παραπάνω. Το SCUBA έχει το πλεονέκτημα εδώ γιατί μπορεί να δει τη σκόνη που είναι πολύ κρύα και αυτό συμβαίνει επειδή λειτουργεί σε μεγαλύτερα μήκη κύματος κάτω των mm.
«Με τον ίδιο τρόπο που μπορείτε να δείτε ένα σίδερο πόκερ να λάμπει μόνο όταν είναι σε φωτιά, μπορείτε να δείτε σκόνη με υπέρυθρες κάμερες όταν είναι πιο ζεστή από περίπου 25 Kelvin, αλλά το SCUBA μπορεί να το δει όταν είναι και πιο κρύο» εξήγησε ο Δρ Steve Eales, Reader στην Αστροφυσική στο Πανεπιστήμιο του Κάρντιφ.
Ψυχρή σκληρή απόδειξη
Η SCUBA βρήκε μεγάλη ποσότητα σκόνης στο υπόλειμμα του Cas A, 1-4 φορές μεγαλύτερη από τη μάζα του Ήλιου! Αυτό είναι πάνω από 1.000 φορές περισσότερο από ό, τι είχε δει πριν. Αυτό σημαίνει ότι το Cas A ήταν πολύ αποτελεσματικό στη δημιουργία σκόνης από τα διαθέσιμα στοιχεία. Η θερμοκρασία της σκόνης είναι πολύ χαμηλή, μόνο 18 Kelvin (-257 βαθμοί Κελσίου), και αυτός είναι ο λόγος που δεν είχε ξαναδεί. Ακολουθούν οι δύο εικόνες sub-mm του Cas A στα 850 και 450 μικρά που λαμβάνονται με το SCUBA. Μπορείτε να δείτε ότι η αριστερή εικόνα μοιάζει λίγο με το ραδιόφωνο παραπάνω, και αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια υψηλής ενέργειας που κάνουν τη ραδιο εικόνα εκπέμπουν επίσης μέρος της ενέργειας τους σε ελαφρώς μικρότερα μήκη κύματος - μολύνοντας την εκπομπή sub mm στα 850microns. Η μεσαία εικόνα είναι στα 450 μικρά όπου η μόλυνση είναι πολύ χαμηλότερη και έτσι το μεγαλύτερο μέρος αυτής της εκπομπής προέρχεται από ψυχρή σκόνη. Εάν αφαιρέσουμε τη μόλυνση, έχουμε μια διαφορετική εικόνα (δεξιά). Όλη η σκόνη φαίνεται στο κάτω μισό του υπολείμματος και οι δύο εικόνες sub-mm φαίνονται τώρα πολύ πιο παρόμοιες!
850 μικρά χωρίς ραδιομόλυνση
«Το παζλ είναι πώς η σκόνη μπορεί να παραμείνει τόσο κρύα όταν γνωρίζουμε ότι υπάρχει αέριο σε πάνω από ένα εκατομμύριο βαθμούς που υπάρχει από την ακτινογραφία ακτινοβολίας που εκπέμπει», σχολίασε ο καθηγητής Mike Edmunds, επικεφαλής της Σχολής Φυσικής & Αστρονομίας Κάρντιφ.
Η σκόνη έχει επίσης διαφορετικές ιδιότητες από το «καθημερινό» είδος σκόνης στον Γαλαξία και άλλους γαλαξίες - είναι καλύτερα να «λάμπει» στο υπο-mm, ίσως επειδή είναι ακόμα πολύ νεαρό και σχετικά παρθένο. Εάν όλοι οι σουπερνόβα ήταν τόσο αποτελεσματικοί στην παραγωγή σκόνης, θα ήταν τα μεγαλύτερα «εργοστάσια» σκόνης στον Γαλαξία. Οι σουπερνόβες καπνίσματος παρέχουν μια λύση στο μυστήριο των τεράστιων ποσοτήτων σκόνης που παρατηρήθηκαν στα πρώτα σύμπαντα.
«Αυτές οι παρατηρήσεις μας δίνουν μια συναρπαστική ματιά για το πώς δημιουργήθηκαν τα πρώτα στερεά σωματίδια στο Σύμπαν», δήλωσε η Haley Morgan.
Αρχική πηγή: Δελτίο ειδήσεων του Πανεπιστημίου του Κάρντιφ
