Kuvan luotto: Hubble
Nature-lehdessä julkaistu uusi artikkeli auttaa ratkaisemaan pitkäaikaisen mysteerin joistakin maailmankaikkeuden varhaisimmista kiinteistä hiukkasista. Mittaamalla supernova jäännös Cassiopeia A erittäin tarkalla SCUBA-teleskoopilla tähtitieteilijät pystyivät havaitsemaan valtavia määriä kosmista pölyä alle -257 celsiusastetta. Kuumaa pölyä oli löydetty ennenkin, mutta kylmempää pölyä oli enimmäkseen näkymätön – tähän asti. Näyttää siltä, että supernovat ovat erittäin tehokkaita tuottamaan pölyä, joka myöhemmin muodostaa planeettoja, kiviä ja ihmisiä.
Olemme juuri havainneet, että joillakin supernovilla on huonoja tapoja – ne röyhtäisivät valtavia määriä savua, joka tunnetaan kosmisena pölynä. Tämä ratkaisee pitkään jatkuneen mysteerin kosmisen pölyn alkuperästä ja viittaa siihen, että supernovat, jotka ovat räjähtäviä tähtiä, olivat vastuussa kaikkien aikojen ensimmäisten kiinteiden hiukkasten tuottamisesta universumissa.
Pääepäillyt
Supernovat ovat tähtien rajuja räjähdyksiä, jotka tapahtuvat heidän elämänsä lopussa. Niitä esiintyy noin 50 vuoden välein galaksissamme, ja niitä on kaksi päätyyppiä – tyyppi Ia ja II. Tyyppi II ovat erittäin massiivisten tähtien räjähdyksiä, joiden massa on yli 8 kertaa Auringon (Msun) massa. Nämä tähdet 'elävät nopeasti – kuolevat nuorina' käyttävät vety- ja heliumpolttoaineensa vain muutamassa miljoonassa vuodessa, tuhansia kertoja nopeammin kuin aurinko polttaa polttoaineensa. Kun polttoainevarasto loppuu, tähden on poltettava raskaampia ja raskaampia elementtejä, kunnes lopulta, kun se ei enää voi pitääkseen itseään hengissä, tähden sisäosat romahtavat muodostaen neutronitähden tai mustan aukon, ja ulommat osat lentävät. kataklysmissa, jota kutsumme supernovaksi. Valtava räjähdys pyyhkäisee ympäröivän kaasun kuoreksi, joka loistaa röntgen-, optisilla ja radioaallonpituuksilla ja lähettää iskuaaltoja galaksin läpi. Supernovat vapauttavat yhdessä hetkessä enemmän energiaa kuin aurinko tuottaa koko elinaikanaan. Jos lähin massiivinen tähti, Orionin tähdistössä oleva Betelgeuse, joutuisi supernovaksi, se olisi (lyhyen aikaa) kirkkaampi kuin täysikuu.
Kosminen savuverho
Tähtienvälinen pöly koostuu pienistä kiinteän materiaalin hiukkasista, jotka kelluvat ympäriinsä tähtien välisessä tilassa – tyypillisesti tupakansavun kokoisina. Se ei ole sama kuin pöly, jonka siivoamme taloistamme, ja itse asiassa maapallo on jättimäinen kosmisen pölyn kimppu! Se estää noin puolet kaikesta tähtien ja galaksien lähettämästä valosta ja vaikuttaa syvästi näkemykseemme maailmankaikkeudesta. Tällä 'pölyisellä' pilvellä on kuitenkin hopeinen vuoraus, koska tähtitieteilijät voivat 'nähdä' varastettua tähtivaloa säteilevän pölyn käyttämällä erikoiskameroita, jotka on suunniteltu toimimaan pidemmillä aallonpituuksilla, infrapunassa (IR: 10–100 mikronia) ja submillimetrissä ( sub-mm: 0,3 – 1mm) osa sähkömagneettista spektriä. Yksi tällainen kamera on nimeltään SCUBA, ja se sijaitsee James Clerk Maxwellin teleskoopissa Havaijilla. SCUBA on Isossa-Britanniassa rakennettu instrumentti, joka havaitsee valoaallot alle millimetrin aallonpituuksilla ja pystyy näkemään pölyn suoraan sinne, missä kaukaisimmat tähdet ja galaksit sijaitsevat.
Pölyinen alku
Viimeaikaiset SCUBA-havainnot ovat osoittaneet, että galakseissa ja kvasaareissa oli valtava määrä pölyä, kun maailmankaikkeus oli vain 1/10 nykyisestä iästään, kauan ennen kuin maapallo ja aurinkokunta olivat muodostuneet. Kaiken tämän pölyn läsnäolo kaukaisessa maailmankaikkeudessa vaikuttaa suuresti siihen, mitä tähtitieteilijät näkevät jättiläismäisillä optisilla teleskoopeillaan, koska se rajoittaa tähtien valon määrää, joka voi paeta kaukaisesta galaksista ja nähdä maan päällä.
Se, että universumissa oli niin paljon kiinteitä hiukkasia näin varhain, oli suuri yllätys tähtitieteilijöille, koska he olivat uskoneet, että pölyä muodostui pääasiassa viileissä tuulissa punaisista jättiläistähdistä lähellä heidän elämänsä loppua. Koska tähdellä kestää kauan saavuttaa tämä kehitysvaihe (Aurinko kestää noin 9 miljardia vuotta), aika ei yksinkertaisesti ole riittänyt, jotta näin paljon pölyä olisi valmistettu tällä tavalla.
'Pölyä on pyyhkäisty kosmisen maton alle – tähtitieteilijät ovat pitäneet sitä vuosien ajan haitaksi, koska se piilottaa valon tähdiltä. Mutta sitten huomasimme, että pölyä on aivan maailmankaikkeuden reunalla, varhaisimmista tähdistä ja galakseista, ja tajusimme, että emme tienneet edes sen perusalkuperää', tohtori Dunne selitti.
Supernovat valmistavat myös suuria määriä raskaita alkuaineita, kuten hiiltä ja happea, ja heittävät niitä tähtienväliseen avaruuteen. Nämä ovat elementtejä, joista kehomme muodostuu, ja koska ne ovat myös pölyjyviä, supernovat ovat pitkään olleet pääepäilty kosmisen pölyn alkuperän mysteerissä. Koska massiivisimmilla tähdillä kestää vain muutama miljoona vuotta saavuttaa elämänsä lopun ja räjähtää supernovana, ne pystyivät muodostamaan pölyä tarpeeksi nopeasti selittääkseen sen, mitä varhaisessa universumissa nähdään. Kuitenkin ennen tämän ryhmän työtä supernoveista oli löydetty vain pieniä määriä pölyä, joten tähtitieteilijöillä oli savuava ase, mutta ei 'savua'.
Cardiffin tohtoriopiskelija Haley Morgan sanoi: 'Jos supernovat olisivat tehokkaita pölytehtaita, ne kukin tuottaisivat enemmän kuin Auringon massa pölyssä.'
'Kun massiiviset tähdet kehittyvät supernoveiksi silmänräpäyksessä tähtitieteellisten standardien mukaan, ne voivat helposti selittää, miksi varhainen universumi näyttää niin pölyiseltä', lisäsi tohtori Rob Ivison Edinburghin kuninkaallisesta observatoriosta.
Supernova Sleuths
Cardiffin ja Edinburghin tiimi käytti SCUBAa etsiäkseen pölypäästöjä äskettäisen supernovan jäänteistä. Cassiopeia A on jäännös supernovasta, joka tapahtui noin 320 vuotta sitten. Se sijaitsee Cassiopeian tähdistössä 11 000 valovuoden päässä Maasta ja on noin 10 valovuotta leveä. Cas A on kirkkain radiolähde taivaalla, joten se on hyvin tutkittu monilla aallonpituuksilla optisesta röntgensäteeseen. Alla olevissa kuvissa näkyy Cas A röntgensäteissä, optisissa, infrapunasäteissä ja radiossa. Röntgensäteet seuraavat todella kuumaa kaasua (10 miljoonaa Kelvin-astetta), ja muut aallonpituudet jäljittävät materiaalia: 10 tuhatta astetta (optinen), kuumaa pölyä 100 K (IR) ja korkean energian elektroneja (radio).
Vaikka tähtitieteilijät olivat etsineet pölyä supernovajäännöksistä vuosikymmeniä, he olivat käyttäneet instrumentteja, jotka pystyivät havaitsemaan vain melko lämpimän pölyn, kuten yllä olevassa ISO-infrapunakuvassa. SCUBA:lla on etu tässä, koska se pystyy näkemään pölyn, joka on erittäin kylmää, ja tämä johtuu siitä, että se toimii pidemmillä submm-aallonpituuksilla.
'Samalla tavalla kuin rautapokerin voi nähdä vain hehkuvan, kun se on ollut tulessa, infrapunakameroilla voi nähdä vain pölyä, kun lämpötila on yli 25 kelviniä, mutta SCUBA voi nähdä sen myös kylmempänä.' selitti tohtori Steve Eales, Cardiffin yliopiston astrofysiikan lukija.
Kylmä kova todiste
SCUBA löysi suuren määrän pölyä Cas A -jäännöksestä, 1-4 kertaa enemmän kuin Auringon massa! Tämä on yli 1000 kertaa enemmän kuin aiemmin. Tämä tarkoittaa, että Cas A oli erittäin tehokas pölyn luomisessa saatavilla olevista elementeistä. Pölyn lämpötila on erittäin alhainen, vain 18 Kelviniä (-257 celsiusastetta), ja tästä syystä sitä ei ollut koskaan ennen nähty. Alla on kaksi alle millimetrin kuvaa Cas A:sta 850 ja 450 mikronilla, jotka on otettu SCUBA:lla. Voit nähdä, että vasen kuva näyttää hieman yllä olevalta radiolta, ja tämä johtuu siitä, että radiokuvan muodostavat korkean energian elektronit lähettävät myös osan energiastaan hieman lyhyemmillä aallonpituuksilla, mikä saastuttaa submm-emission 850 mikronissa. Keskimmäinen kuva on 450 mikronissa, jossa kontaminaatio on paljon pienempi, joten suurin osa tästä päästöstä johtuu kylmästä pölystä. Jos poistamme kontaminaation, saamme toisenlaisen kuvan (oikealla). Kaikki pöly näkyy jäännöksen alaosassa, ja kaksi submm-kuvaa näyttävät nyt paljon samanlaisilta!
850 mikronia ilman radiokontaminaatiota
'Palapeli on se, kuinka pöly voi pysyä niin kylmänä, kun tiedämme, että sen lähettämästä röntgensäteilystä on yli miljoonan asteen kaasua.' kommentoi professori Mike Edmunds, Fysiikan ja tähtitieteen korkeakoulun johtaja Cardiff.
Pölyllä on myös erilaiset ominaisuudet kuin Linnunradan ja muiden galaksien 'arkipäiväisellä' pölyllä - se 'hohtelee' paremmin submmissä, ehkä koska se on vielä hyvin nuorta ja suhteellisen koskematonta. Jos kaikki supernovat tekisivät näin tehokkaasti pölyä, ne olisivat galaksin suurimmat pölytehtaat. Tupakoiva supernova tarjoaa ratkaisun varhaisessa universumissa nähtyjen valtavien pölymäärien mysteeriin.
'Nämä havainnot antavat meille kiehtovan kuvan siitä, kuinka maailmankaikkeuden ensimmäiset kiinteät hiukkaset syntyivät', sanoi Haley Morgan.
Alkuperäinen lähde: Cardiffin yliopiston uutistiedote