Кредит за изображение: Хъбъл
Нова статия, публикувана в списанието Nature, помага да се уреди дългогодишна загадка за някои от най-ранните твърди частици във Вселената. В миналото е имало горещ прах, но по-студеният прах е бил предимно невидим - досега. Изглежда, че свръхновите са изключително ефективни при производството на праха, който по-късно образува планети, скали и хора.
Току-що открихме, че някои свръхнови имат лоши навици - те издигат огромни количества дим, известен като космически прах. Това решава дългогодишна загадка за произхода на космическия прах и предполага, че свръхновите, които експлодират звезди, са били отговорни за производството на първите твърди частици във Вселената.
Основните заподозрени
Суперновите са жестоките експлозии на звезди, случващи се в края на живота им. Те се срещат около всеки 50 години в нашата Галактика и има два основни типа - Тип Ia и II. Тип II са експлозиите на много масивни звезди с маса, по-голяма от 8 пъти по-голяма от масата на Слънцето (Msun). Тези звезди „живеят бързо - умират млади“, използвайки горивото си от водород и хелий само за няколко милиона години, хиляди пъти по-бързо, отколкото Слънцето изгаря горивото си. Когато източникът на гориво е изчерпан, звездата трябва да изгаря по-тежки и по-тежки елементи, докато накрая, когато не може повече да поддържа живи, вътрешните части на звездата се сриват, образувайки неутронна звезда или Черна дупка, а външните части са захвърлени в катаклизма, който наричаме свръхнова. Огромната експлозия помества околния газ в обвивка, която свети на рентгенови, оптични и радиовълни и изпраща ударни вълни през галактиката. Свръхновите освобождават повече енергия за един миг, отколкото Слънцето ще произведе през целия си живот. Ако най-близката масивна звезда, Бетелгейзе в съзвездието Орион, щяха да отидат свръхнова, тя (за кратко време) би била по-ярка от пълнолунието.
Космическият дим-екран
Междузвездният прах се състои от миниатюрни частици от твърд материал, плаващи в пространството между звездите - с размери, обикновено тези на цигарения дим. Не е същото като праха, който чистим в къщите си, а всъщност Земята е гигантска буца космически прах! Той е отговорен за блокирането на около половината от цялата светлина, излъчвана от звезди и галактики, и влияе дълбоко на представата ни за Вселената. Този „прашен“ облак има сребърна подплата, тъй като астрономите могат да „видят“ праха, излъчващ откраднатата звездна светлина, използвайки специални камери, проектирани да работят на по-дълги вълни, в инфрачервения (IR: 10 - 100 микрона) и субмилиметър ( под-мм: 0,3 - 1 мм) част от електромагнитния спектър. Една такава камера се нарича SCUBA и се намира на телескопа James Clerk Maxwell в Хавай. SCUBA е изграден във Великобритания инструмент, който открива светлинни вълни с дължина на дължината на вълната под мм и е в състояние да види прах до мястото, където се намират най-отдалечените звезди и галактики.
Прашни начала
Последните наблюдения с SCUBA показват, че огромно количество прах съществува в галактики и квазари, когато Вселената е била едва 1/10 от сегашната си епоха, много преди да се е образувала Земята и Слънчевата система. Присъствието на целия този прах в далечната Вселена има голямо влияние върху това, което астрономите са в състояние да видят с гигантските си оптични телескопи, тъй като ограничава количеството звездна светлина, която може да избяга от далечна галактика и да бъде видяна на Земята.
Това, че във Вселената има толкова много твърди частици в толкова ранно време, беше голяма изненада за астрономите, тъй като те бяха вярвали, че прахът се образува главно при хладни ветрове от червени гигантски звезди в края на живота им. Тъй като отнема много време, за да може звездата да достигне този етап в своята еволюция (Слънцето ще отнеме около 9 милиарда години), просто няма достатъчно време, за да се направи толкова много прах по този начин.
„Прахът е пометен под космическия килим - от години астрономите го третират като неудобство заради начина, по който крие светлината от звездите. Но след това установихме, че има прах точно в края на Вселената, в най-ранните звезди и галактики и разбрахме, че не сме знаели дори за основния й произход “, обясни д-р Дън.
Суперновите също правят големи количества тежки елементи, като въглерод и кислород, и ги изхвърлят в междузвездното пространство. Това са елементите, които съставляват телата ни и тъй като те са и елементите, съставляващи прахови зърна, свръхновите отдавна са основен заподозрян в мистерията на произхода на космическия прах. Тъй като са необходими само няколко милиона години най-масивните звезди да достигнат края на живота си и да избухнат като свръхнови, те биха могли да направят достатъчно прах, за да обяснят какво се вижда в ранната Вселена. Въпреки това, до момента на работа на този екип, в свръхновите е открито само малки количества прах - астрономите оставят с пушек за пушене, но без „дим“
Хейли Морган, докторант от Кардиф, каза: "Ако свръхновите са ефективни прах" фабрики ", всяка от тях ще произвежда повече от масата на Слънцето в прах."
„Тъй като масивните звезди се развиват, за да станат свръхновни в един миг по астрономически стандарти, те лесно могат да обяснят защо ранната Вселена изглежда толкова прашна.“ Добави д-р Роб Айвисън от Кралската обсерватория в Единбург.
Supernova Sleuths
Екипът от Кардиф и Единбург използва SCUBA, за да търси емисиите от прах в останките на скорошна свръхнова. Касиопея А е остатъкът от свръхнова, случила се преди около 320 години. Намира се в съзвездието Касиопея, на 11 000 светлинни години от Земята и е на около 10 светлинни години. Cas A е най-яркият радиоизточник в небето, така че е добре проучен на много дължини на вълната от оптичните до рентгеновите лъчи. Изображенията по-долу показват Cas A в рентгеновите, оптичните, инфрачервените и радиото. Рентгеновите лъчи следват наистина горещия газ (10 милиона градуса Келвин), а останалите дължини на вълните проследяват материал при: 10 хиляди градуса (оптичен), горещ прах при 100 К (IR) и високоенергийни електрони (радио).
Въпреки че астрономите десетки години търсят прах в остатъците от свръхнови, те са използвали инструменти, които са могли да открият само прах, който е доста топъл, като този в ISO инфрачервеното изображение по-горе. SCUBA има предимството тук, защото може да вижда прах, който е много студен и това е така, защото работи при по-дълги дължини на вълната под мм.
"По същия начин, когато можете да видите желязна покер светеща само когато е била в пожар, можете да видите прах само с инфрачервени камери, когато е по-топло от около 25 Келвин, но SCUBA може да го види и когато е по-студено." обясни д-р Стив Ейлс, читател по астрофизика в Кардифския университет.
Доказателства за студено твърдо състояние
SCUBA намери голямо количество прах в Cas A остатък, 1-4 пъти повече от масата на Слънцето! Това е над 1000 пъти повече, отколкото беше наблюдавано преди. Това означава, че Cas A беше много ефективен при създаването на прах от наличните елементи. Температурата на праха е много ниска, само 18 келвина (-257 градуса по Целзий) и това е причината, че никога досега не е виждан. По-долу са двата под-мм изображения на Cas A на 850 и 450 микрона, направени със SCUBA. Можете да видите, че лявото изображение прилича малко на радиото по-горе и това е така, защото високоенергийните електрони, които правят радио изображението, също излъчват част от енергията си при малко по-къси дължини на вълната - замърсявайки емисиите на под мм mm при 850 микрона. Средното изображение е на 450 микрона, където замърсяването е много по-ниско и затова по-голямата част от това излъчване е от студен прах. Ако премахнем замърсяването, получаваме различна картина (вдясно). Целият прах се вижда в долната половина на остатъка и двата суб-мм изображения сега изглеждат много по-подобни!
850 микрона без радио замърсяване
„Пъзелът е как прахът може да остане толкова студен, когато знаем, че има газ на повече от милион градуса от рентгеновото лъчение, което излъчва.“ Коментира проф. Майк Едмъндс, ръководител на Училището по физика и астрономия в Кардиф.
Прахът също има различни свойства спрямо „ежедневния“ вид прах в Млечния път и други галактики - по-добре е да „свети“ в под-мм, може би защото е все още много млад и сравнително девствен. Ако всички свръхнови бяха толкова ефективни в производството на прах, те щяха да бъдат най-големите „фабрики за прах“ в Галактиката. Пушещите свръхнови създават решение за мистерията на огромните количества прах, наблюдавани в ранната Вселена.
„Тези наблюдения ни дават мъчителен поглед върху това как са създадени първите твърди частици във Вселената“, каза Хейли Морган.
Оригинален източник: News Card Release University
