Credit imagine: Hubble
Un nou articol publicat în revista Nature ajută la rezolvarea unui mister de multă vreme despre unele dintre cele mai vechi particule solide din Univers. Praf a fost găsit în trecut, dar praful mai rece a fost invizibil - până acum. Se pare că supernovele sunt extrem de eficiente la producerea prafului care mai târziu formează planete, roci și oameni.
Tocmai am descoperit că unele supernove au obiceiuri proaste - elimină cantități uriașe de fum, cunoscute sub numele de praf cosmic. Acest lucru rezolvă un mister de lungă durată asupra originii prafului cosmic și sugerează că supernovele, care sunt stele care explodează, au fost responsabile de producerea primelor particule întotdeauna solide din Univers.
Primii suspiciuni
Supernovele sunt exploziile violente ale stelelor care au loc la sfârșitul vieții. Ele apar aproximativ la fiecare 50 de ani în Galaxia noastră și există două tipuri principale - Tip Ia și II. Tipul II sunt exploziile unor stele foarte masive cu masa mai mare de 8 ori mai mare decât Soarele (Msun). Aceste stele „trăiesc repede - mor tinere” folosindu-și combustibilul cu hidrogen și heliu în doar câteva milioane de ani, de mii de ori mai repede decât Soarele arde combustibilul. Atunci când alimentarea cu combustibil este epuizată, steaua trebuie să ardă elemente mai grele și mai grele până când, în sfârșit, când nu mai poate face să se mențină în viață, părțile interioare ale stelei se prăbușesc pentru a forma o stea cu neutroni sau gaura neagră, iar părțile exterioare sunt aruncate. în cataclism numim o supernova. Enorma explozie măturează gazul din jur într-o coajă care strălucește la raze X, optice și lungimi de undă radio și trimite unde de șoc prin galaxie. Supernovele eliberează mai multă energie într-o singură clipă decât va produce Soarele în timpul întregii sale vieți. Dacă cea mai apropiată stea masivă, Betelgeuse, în constelația Orion, ar merge supernova, pentru o perioadă scurtă de timp, ar fi mai strălucitoare decât luna plină.
Ecranul de fum cosmic
Praful interstelar este format din particule minuscule de material solid care plutesc în jurul spațiului dintre stele - cu dimensiuni de obicei cele ale fumului de țigară. Nu este același lucru cu praful pe care îl curățăm în casele noastre și, de fapt, Pământul este o grămadă uriașă de praf cosmic! Este responsabilă de blocarea a aproximativ jumătate din toată lumina emisă de stele și galaxii și afectează profund vederea noastră asupra Universului. Totuși, acest nor „prăfuit” are o căptușeală argintie, deoarece astronomii pot „vedea” praful care radiază lumina stelară furată folosind camere speciale proiectate să funcționeze la lungimi de undă mai lungi, în infraroșu (IR: 10 - 100 microni) și submillimetru ( sub-mm: 0,3 - 1 mm) parte a spectrului electromagnetic. O astfel de cameră se numește SCUBA și se află pe Telescopul James Clerk Maxwell din Hawaii. SCUBA este un instrument construit în Marea Britanie, care detectează undele de lumină la lungimi de undă sub-mm și este capabil să vadă praful chiar acolo unde se găsesc cele mai îndepărtate stele și galaxii.
Începuturi murdare
Observații recente cu SCUBA au arătat că există o cantitate uriașă de praf în galaxii și cvasari când Universul avea doar 1/10 din epoca sa actuală, cu mult înainte de formarea Pământului și a sistemului solar. Prezența tuturor acestui praf în Universul îndepărtat are un impact mare asupra a ceea ce astronomii sunt capabili să vadă cu telescoapele lor uriașe, deoarece limitează cantitatea de lumină stelară care poate scăpa dintr-o galaxie îndepărtată și poate fi văzută pe Pământ.
Faptul că existau atât de multe particule solide în Univers la o vreme atât de timpurie a fost o mare surpriză pentru astronomi, deoarece ei credeau că praful a fost format în principal în vânturi reci din stele uriașe roșii, aproape de sfârșitul vieții. Deoarece este nevoie de mult timp pentru ca steaua să ajungă la această etapă în evoluția sa (Soarele va dura aproximativ 9 miliarde de ani), pur și simplu nu a fost suficient timp pentru a se produce atât de mult praf în acest fel.
„Praful a fost măturat sub covorul cosmic - ani de zile astronomii au tratat-o ca o pacoste din cauza modului în care ascunde lumina de stele. Dar apoi am descoperit că există praf chiar la marginea Universului, în primele stele și galaxii, și ne-am dat seama că nu știm nici măcar originea sa de bază ”, a explicat dr. Dunne.
Supernovele produc, de asemenea, cantități mari de elemente grele, precum carbonul și oxigenul, și le aruncă în spațiul interstelar. Acestea sunt elementele care alcătuiesc corpul nostru și, deoarece sunt și elementele care alcătuiesc boabele de praf, supernovele au fost mult timp un prim suspect în misterul originii prafului cosmic. Deoarece durează doar câteva milioane de ani pentru ca cele mai masive stele să ajungă la sfârșitul vieții și să explodeze ca supernove, acestea ar putea face praf suficient de rapid pentru a explica ce se vede în Universul timpuriu. Cu toate acestea, până la funcționarea acestei echipe, în supernovele au fost găsite doar cantități minime de praf - lăsând astronomi cu o armă de fumat, dar fără „fum”
Haley Morgan, doctorand la Cardiff, a spus că „dacă supernovele ar fi eficiente„ fabricile de praf ”, fiecare ar produce mai mult decât masa Soarelui în praf.”
„Pe măsură ce stelele masive evoluează pentru a deveni supranovene în clipa unui ochi conform standardelor astronomice, ele ar putea explica cu ușurință de ce Universul timpuriu pare atât de prăfuit”, a adăugat dr. Rob Ivison de la Royal Observator Edinburgh.
Supernova Sleuths
Echipa de la Cardiff și Edinburgh a folosit SCUBA pentru a căuta emisiile din praf în rămășițele unei supernovele recente. Cassiopeia A este rămășița unei supernove care s-a întâmplat în urmă cu aproximativ 320 de ani. Este localizat în constelația Cassiopeia, la 11.000 de ani lumină de Pământ și se află la aproximativ 10 ani-lumină. Cas A este cea mai strălucitoare sursă radio din cer, astfel încât este bine studiată la multe lungimi de undă de la razele optice până la razele X. Imaginile de mai jos arată Cas A în radiografii, optică, infraroșu și radio. Razele X urmează gazul foarte fierbinte (10 milioane grade Kelvin), iar celelalte lungimi de undă urmăresc materialul la: 10 mii grade (optic), praf fierbinte la 100 K (IR) și electroni cu energie mare (radio).
Deși astronomii căutau praf în resturile de supernove de zeci de ani, ei au folosit instrumente care nu puteau detecta decât praful care era destul de cald, precum cel din imaginea infraroșie ISO de mai sus. SCUBA are avantajul aici, deoarece poate vedea praful care este foarte rece și acest lucru se datorează faptului că funcționează la lungimi de undă mai lungi de sub mm.
„În același mod în care poți vedea un poker de fier care strălucește atunci când a fost într-un incendiu, poți vedea praf doar cu camerele infraroșii atunci când este mai cald decât aproximativ 25 de Kelvin, dar SCUBA îl poate vedea când este și mai rece” a explicat dr. Steve Eales, cititor în Astrofizică la Universitatea Cardiff.
Evidență la rece
SCUBA a găsit o cantitate mare de praf în rămășița Cas A, de 1-4 ori mai mare decât masa Soarelui! Aceasta este de peste 1.000 de ori mai mult decât se văzuse până acum. Aceasta înseamnă că Cas A a fost foarte eficient la crearea prafului din elementele disponibile. Temperatura prafului este foarte scăzută, doar 18 Kelvin (-257 grade Celsius) și acesta este motivul pentru care nu a mai fost văzut până acum. Mai jos sunt prezentate cele două imagini sub-mm ale Cas A la 850 și 450 microni luate cu SCUBA. Puteți vedea că imaginea din stânga arată cam cu cea radio de mai sus și aceasta se datorează faptului că electronii cu energie mare care fac imaginea radio emite și o parte din energia lor la lungimi de undă puțin mai scurte - contaminând emisia sub mm la 850micron. Imaginea din mijloc este la 450 de microni, unde contaminarea este mult mai mică, deci cea mai mare parte a acestei emisii provine din praful rece. Dacă eliminăm contaminarea, obținem o imagine diferită (dreapta). Tot praful este văzut în jumătatea de jos a rămășiței, iar cele două imagini sub-mm arată acum mult mai asemănător!
850 microni fără contaminare radio
„Puzzle-ul este modul în care praful poate rămâne atât de rece când știm că există gaze la peste un milion de grade prezente din radiațiile cu raze X pe care le degajă.” A comentat prof. Mike Edmunds, șeful Școlii de fizică și astronomie din Cardiff.
De asemenea, praful are proprietăți diferite față de tipul „cotidian” de praf din Calea Lactee și alte galaxii - este mai bine să „strălucească” în sub-mm, poate pentru că este încă foarte tânăr și relativ curat. Dacă toate supernovele ar fi atât de eficiente pentru fabricarea prafului, acestea ar fi cele mai mari „fabrici” de praf din Galaxie. Supernovele pentru fumători oferă o soluție la misterul cantităților uriașe de praf văzute în Universul timpuriu.
„Aceste observații ne oferă o privire chinuitoare a modului în care au fost create primele particule solide din Univers”, a spus Haley Morgan.
Sursa originală: Comunicat de presă al Universității Cardiff
