Attēla kredīts: Habls
Jauns raksts, kas publicēts žurnālā Nature, palīdz atrisināt ilgstošu noslēpumu par dažām agrākajām cietajām daļiņām Visumā. Karsti putekļi bija atrasti jau agrāk, bet aukstāki putekļi lielākoties nebija redzami - līdz šim brīdim. Šķiet, ka supernovas ir ārkārtīgi efektīvas, veidojot putekļus, kas vēlāk veido planētas, klintis un cilvēkus.
Mēs tikko atklājām, ka dažām supernovām ir slikti ieradumi - tās izdalās milzīgos daudzumos dūmu, kas pazīstami kā kosmiskie putekļi. Tas atrisina ilgstošu noslēpumu par kosmisko putekļu izcelsmi un liek domāt, ka supernovas, kuras eksplodē zvaigznes, bija atbildīgas par pirmo cieto daļiņu rašanos Visumā.
Premjerministrs aizdomās
Supernovas ir zvaigžņu vardarbīgi sprādzieni, kas notiek viņu dzīves beigās. Tie mūsu galaktikā notiek apmēram ik pēc 50 gadiem, un ir divi galvenie veidi - Ia un II tips. II tips ir ļoti masīvu zvaigžņu sprādzieni, kuru masa ir vairāk nekā 8 reizes lielāka par Saules (Msun) masu. Šīs zvaigznes ir “ātri dzīvo - mirst jauni”, izmantojot savu ūdeņradi un hēlija degvielu tikai dažu miljonu gadu laikā, tūkstošiem reižu ātrāk, nekā saule sadedzina degvielu. Kad degvielas padeve ir beigusies, zvaigznei jādedzina smagāki un smagāki elementi, līdz beidzot, kad tā vairs neko nedara, lai dzīvotu, zvaigznes iekšējās daļas sabrūk, izveidojot neitronu zvaigzni vai melno caurumu, un ārējās daļas ir noliektas kataklizmā mēs saucam par supernovu. Milzīgais sprādziens ieskauj apkārtējo gāzi apvalkā, kas spīd ar rentgena, optisko un radio viļņu garumu un caur galaktiku sūta trieciena viļņus. Supernovas vienā mirklī izdala vairāk enerģijas, nekā saule saražos visā dzīves laikā. Ja tuvākā masīvā zvaigzne Betelgeuse Oriona zvaigznājā dotos supernovā, tā (uz īsu laiku) būtu gaišāka nekā pilnmēness.
Kosmiskais dūmu ekrāns
Starpzvaigžņu putekļi sastāv no sīkām cietā materiāla daļiņām, kas peld starp zvaigznēm un kuru lielums parasti ir cigarešu dūmi. Tas nav tas pats, kas putekļi, ko mēs sakopjam savās mājās, un patiesībā Zeme ir milzu vienreizējs kosmisko putekļu vienreizējs! Tas ir atbildīgs par aptuveni pusi no visas zvaigznes un galaktiku izstarotās gaismas bloķēšanu un dziļi ietekmē mūsu skatu uz Visumu. Šim "putekļainajam" mākonim ir sudraba oderējums, jo astronomi var "redzēt" putekļus, kas izstaro nozagto zvaigznīti, izmantojot īpašas kameras, kas paredzētas darbam ar lielāku viļņu garumu, infrasarkanā (IR: 10 - 100 mikroni) un submilimetra ( sub-mm: 0,3 - 1 mm) elektromagnētiskā spektra daļa. Viena šāda kamera tiek saukta par SCUBA, un tā atrodas Džeimsa ierēdņa Maksvela teleskopā Havaju salās. SCUBA ir Apvienotajā Karalistē būvēts instruments, kas uztver gaismas viļņus sub-mm viļņu garumā un spēj redzēt putekļus tieši tur, kur atrodas vistālākās zvaigznes un galaktikas.
Putekļains sākums
Jaunākie novērojumi ar SCUBA parādīja, ka milzīgs daudzums putekļu eksistē galaktikās un kvazāros, kad Visums bija tikai 1/10 no tā pašreizējā vecuma, ilgi pirms Zemes un Saules sistēmas veidošanās. Visu šo putekļu klātbūtne tālajā Visumā ļoti ietekmē to, ko astronomi spēj redzēt ar saviem milžajiem optiskajiem teleskopiem, jo tas ierobežo zvaigžņu gaismas daudzumu, kas var izbēgt no attālas galaktikas un būt redzams uz Zemes.
Tas, ka Visumā tik agrīnā laikā bija tik daudz cietu daļiņu, bija liels pārsteigums astronomiem, jo viņi uzskatīja, ka putekļi galvenokārt veidojas vēsā vējā no sarkanām milzu zvaigznēm dzīves beigās. Tā kā zvaigznei ir vajadzīgs ilgs laiks, lai sasniegtu šo attīstības pakāpi (saulei vajadzēs apmēram 9 miljardus gadu), vienkārši nav bijis pietiekami daudz laika, lai šādā veidā būtu izveidojies tik daudz putekļu.
Putekļi ir aizslaucīti zem kosmiskā paklāja - gadiem ilgi astronomi to ir traktējuši kā traucējumus, pateicoties tam, kā tas slēpj gaismu no zvaigznēm. Bet tad mēs atklājām, ka tieši Visuma malā, agrākajās zvaigznēs un galaktikās, ir putekļi, un mēs sapratām, ka mēs nezinām pat tā pamata izcelsmi, ”skaidroja Dr Dunne.
Supernovas veido arī lielu daudzumu smago elementu, piemēram, oglekļa un skābekļa, un izmet tos starpzvaigžņu telpā. Šie ir elementi, kas veido mūsu ķermeņus, un, tā kā tie ir arī elementi, kas veido putekļu graudus, supernovas jau sen ir bijušas galvenā aizdomās turētā kosmisko putekļu izcelsmes noslēpumā. Tā kā paiet tikai daži miljoni gadu, līdz masīvākās zvaigznes sasniedz dzīves beigas un eksplodē kā supernovas, tās varētu pietiekami ātri radīt putekļus, lai izskaidrotu agrīnajā Visumā redzēto. Tomēr līdz šīs komandas darbam supernovās kādreiz bija atrasts tikai niecīgs daudzums putekļu - astronomi atstāja smēķēšanas pistoli, bet bez “dūmiem”
Hārlijs Morgans, Kārdifas doktorants, sacīja: “Ja supernovas būtu efektīvas putekļu rūpnīcas”, katra no tām ražotu vairāk nekā Saules masa putekļos. ”
“Tā kā masīvas zvaigznes pēc astronomijas standartiem acumirklī kļūst par supernovām, tās varētu viegli izskaidrot, kāpēc agrīnais Visums šķiet tik putekļains.” Piebilda Dr Robs Ivisons no Edinburgas Karaliskās observatorijas.
Supernovas Sleuths
Kārdifas un Edinburgas komanda izmantoja SCUBA, lai meklētu emisijas no putekļiem nesenās supernovas paliekās. Kasiopeja A ir supernovas paliekas, kas notika apmēram pirms 320 gadiem. Tas atrodas Kasiopeijas zvaigznājā, 11 000 gaismas gadu attālumā no Zemes, un ir aptuveni 10 gaismas gadi. Cas A ir spilgtākais radio avots debesīs, tāpēc tas ir labi pētīts daudzos viļņu garumos no optiskā līdz rentgena stariem. Zemāk redzamajos attēlos redzama Cas A rentgena staros, optiskā, infrasarkanā un radio. Rentgenstari seko patiesi karstajai gāzei (10 miljoni grādi pēc Kelvina), bet pārējie viļņu garumi izseko materiālu pie: 10 tūkstošiem grādu (optiskā), karstajiem putekļiem 100 K (IR) un augstas enerģijas elektroniem (radio).
Lai arī astronomi gadu desmitiem ilgi meklēja putekļus supernovas paliekās, viņi bija izmantojuši instrumentus, kas varēja noteikt tikai diezgan siltus putekļus, piemēram, ISO augšējā infrasarkanā attēlā. SCUBA šeit ir priekšrocība, jo tā spēj redzēt putekļus, kas ir ļoti auksti, un tas ir tāpēc, ka tas darbojas ar lielākiem viļņu garumiem, kas ir zemāki par mm.
"Tādā pašā veidā, kā jūs varat redzēt tikai dzelzs pokera kvēlošanu, kad tas ir bijis ugunī, putekļus ar infrasarkano staru kamerām varat redzēt tikai tad, kad tas ir siltāks par aptuveni 25 kelviniem, bet SCUBA to var redzēt, kad ir arī aukstāks." paskaidroja Stīvs Eiless, Kārdifas universitātes astrofizikas lasītājs.
Cold Hard pierādījumi
SCUBA Cas A atliekās atrada lielu daudzumu putekļu, kas ir 1-4 reizes vairāk nekā Saules masa! Tas ir vairāk nekā 1000 reizes vairāk, nekā bija redzēts iepriekš. Tas nozīmē, ka Cas A ļoti efektīvi izveidoja putekļus no pieejamajiem elementiem. Putekļu temperatūra ir ļoti zema, tikai 18 kelvini (-257 grādi pēc Celsija), un tas ir iemesls, kāpēc tas vēl nekad nebija redzēts. Zemāk ir redzami divi sub-mm attēli Cas A ar 850 un 450 mikroniem, kas uzņemti ar SCUBA. Var redzēt, ka kreisais attēls izskatās nedaudz līdzīgs radio, kā redzams iepriekš, un tas notiek tāpēc, ka augstas enerģijas elektroni, kas rada radio attēlu, arī izstaro daļu savas enerģijas nedaudz īsākos viļņu garumos - piesārņojot sub mm izstarojumu pie 850 mikroniem. Attēla vidusdaļa ir pie 450 mikroniem, kur piesārņojums ir daudz zemāks, un tāpēc lielāko šīs emisijas daļu veido auksti putekļi. Ja mēs noņemam piesārņojumu, mēs iegūstam atšķirīgu attēlu (pa labi). Visi putekļi ir redzami paliekas apakšējā pusē, un divi sub-mm attēli tagad izskatās daudz līdzīgāki!
850 mikroni bez radio piesārņojuma
“Puzle ir tā, kā putekļi var palikt tik auksti, kad mēs zinām, ka no rentgena starojuma, kas to izdala, ir gāze vairāk nekā miljons grādu.” Komentēja prof. Maiks Edmunds, Fizikas un astronomijas skolas vadītājs Kārdifa.
Putekļiem ir arī atšķirīgas īpašības kā “ikdienas” putekļiem Piena Ceļā un citās galaktikās - labāk “spīd” apakšmalā, varbūt tāpēc, ka tie joprojām ir ļoti jauni un samērā senatnīgi. Ja visas supernovas būtu efektīvas putekļu veidošanā, tās būtu lielākās putekļu “rūpnīcas” Galaktikā. Smēķējošās supernovas nodrošina risinājumu milzīgā putekļu daudzuma noslēpumam, kas novērots agrīnajā Visumā.
"Šie novērojumi sniedz mums vilinošu ieskatu par to, kā tika izveidotas pirmās cietās daļiņas Visumā," sacīja Haley Morgan.
Oriģinālais avots: Kārdifas universitātes paziņojums presei
