Pildikrediit: Hubble
Ajakirjas Nature avaldatud uus artikkel aitab lahendada pikaajalise saladuse universumi kõige varasemate tahkete osakeste kohta. Kuumat tolmu oli varem leitud, kuid külmem tolm oli enamasti nähtamatu - siiani. Näib, et supernoovid on äärmiselt tõhusad tolmu tootmisel, mis hiljem moodustab planeedid, kivid ja inimesed.
Äsja avastasime, et mõnel supernooval on halvad harjumused - nad paiskavad välja tohutul hulgal suitsu, mida tuntakse kosmilise tolmuna. See lahendab pikaajalise mõistatuse kosmilise tolmu päritolu üle ja viitab sellele, et supernoovad, mis plahvatavad tähed, vastutasid kõigi Universumis esimeste tahkete osakeste tekitamise eest.
Peaminister kahtlustab
Supernoovad on tähtede vägivaldne plahvatus elu lõpul. Neid esineb meie galaktikas umbes iga 50 aasta tagant ja neid on kahte peamist tüüpi - Ia ja II tüüp. II tüüp on väga massiivsete tähtede plahvatused, mille mass on üle 8 korra suurem kui Päikese mass (Msun). Need tähed elavad kiiresti - surevad noorena - kasutavad oma vesinikku ja heeliumkütust vaid mõne miljoni aasta pärast, tuhandeid kordi kiiremini kui Päike selle kütust põleb. Kui kütusevarud on otsa saanud, peab täht põletama raskemaid ja raskemaid elemente, kuni lõpuks ei saa ta enam end elus hoida, kui tähe sisemised osad kokku kukuvad, moodustades neutronitähe või musta augu, ja välimised osad on painutatud kataklüsmis nimetatakse supernoovaks. Tohutu plahvatus pühib ümbritseva gaasi kesta, mis paistab röntgen-, optilise ja raadiolainepikkusel ning saadab lööklaineid läbi galaktika. Supernoovad eraldavad ühe hetkega rohkem energiat, kui Päike kogu eluea jooksul toota saab. Kui lähim massiivne täht, Orioni tähtkujus asuv Betelgeuse, läheks supernoovasse, oleks see (lühikeseks ajaks) heledam kui täiskuu.
Kosmiline suitsusekraan
Tähtedevaheline tolm koosneb pisikestest tahke materjali osakestest, mis hõljuvad tähtede vahel - tavaliselt sigaretisuitsu suurusega. See pole sama mis tolm, mida oma majades puhastame, ja tegelikult on Maa kosmilise tolmu hiiglaslik tükike! See vastutab umbes poole kogu tähtedest ja galaktikatest kiirgava valguse blokeerimise eest ja mõjutab sügavalt meie vaadet universumile. Sellel "tolmusel" pilvel on hõbedane vooder, kuna astronoomid näevad varastatud tähtvalgust kiirgavat tolmu spetsiaalsete kaamerate abil, mis on loodud töötama pikema lainepikkusega, infrapunases (IR: 10 - 100 mikronit) ja submillimeetris ( sub-mm: 0,3 - 1mm) osa elektromagnetilisest spektrist. Üks selline kaamera kannab nime SCUBA ja see asub James Clerk Maxwelli teleskoobis Hawaiil. SCUBA on Suurbritannias ehitatud instrument, mis tuvastab valguse laineid alamm mm lainepikkustel ja on võimeline nägema tolmu otse sinna, kus asuvad kõige kaugemad tähed ja galaktikad.
Tolmused algused
Värsked vaatlused SCUBA-ga on näidanud, et galaktikates ja kvaasarites on tohutul hulgal tolmu, kui Universum oli kõigest 1/10 oma praegusest vanusest, ammu enne Maa ja Päikesesüsteemi moodustumist. Kogu selle tolmu olemasolu kauges universumis avaldab suurt mõju sellele, mida astronoomid oma hiiglaslike optiliste teleskoopidega näevad, kuna see piirab tähevalguse hulka, mis pääseb kaugest galaktikast ja mida Maa peal näha saab.
See, et universumis oli nii varakult palju tahkeid osakesi, oli astronoomidele suur üllatus, kuna nad olid uskunud, et tolm tekkis nende elu lõpul peamiselt jahedas tuules punastest hiiglaslikest tähtedest. Kuna tähe jõudmine selle arengufaasi jõudmiseni võtab kaua aega (Päikese jaoks kulub umbes 9 miljardit aastat), pole lihtsalt olnud piisavalt aega, et sel viisil oleks tehtud nii palju tolmu.
'Tolm on kosmilise vaiba alla pühitud - astronoomid on aastaid käsitlenud seda ebameeldivana selle tõttu, kuidas see tähtede eest valgust varjab. Kuid siis leidsime, et kohe Universumi servas, kõige varasemates tähtedes ja galaktikates on tolmu, ja mõistsime, et me ei olnud teadlikud isegi selle algsest päritolust ”selgitas dr Dunne.
Supernoovad teevad ka suures koguses raskeid elemente, näiteks süsinikku ja hapnikku, ning viskavad need välja tähtedevahelisse ruumi. Need on elemendid, mis moodustavad meie keha ja kuna need on ka tolmu terad, on supernoovad juba pikka aega olnud peamised kahtlusalused kosmilise tolmu päritolu mõistatuses. Kuna kõige massiivsemate tähtede elu lõpuni jõudmiseks ja supernoovadena plahvatamiseks kulub vaid mõni miljon aastat, võiksid nad piisavalt kiiresti tolmu teha, et selgitada varases universumis nähtut. Kuni selle meeskonna tööni oli supernoovast kunagi leitud vaid pisikesi tolmu - astronoomid jätsid suitsupüstoli, kuid ei suitsetanud
Cardiffi doktorant Haley Morgan ütles, et "kui supernoovad oleksid tõhusad tolmuvabrikud", tooksid nad kõik rohkem kui Päikese mass tolmus. "
"Kuna massiivsed tähed muutuvad astronoomiliste standardite järgi silmapilkselt supernoovadeks, võiksid nad hõlpsasti selgitada, miks varajane universum tundub nii tolmune." Lisas dr Rob Ivison Edinburghi kuninglikust vaatluskeskusest.
Supernova Sleuthid
Cardiffi ja Edinburghi meeskond kasutas SCUBA-d hiljutise supernoova jäänuste tolmuheite otsimiseks. Cassiopeia A on supernoova jäänuk, mis juhtus umbes 320 aastat tagasi. See asub Cassiopeia tähtkujus, 11 000 valgusaasta kaugusel Maast ja on umbes 10 valgusaastat. Cas A on taeva eredaim raadioallikas, nii et seda on hästi uuritud paljudel lainepikkustel optilisest röntgenikiirguseni. Allolevatel piltidel on Cas A röntgenkiirguses, optilises, infrapunas ja raadios. Röntgenikiirgus jälgib tõeliselt kuuma gaasi (10 miljonit kraadi Kelvini) ja muud lainepikkused jälgivad materjali temperatuuril: 10 tuhat kraadi (optiline), kuum tolm temperatuuril 100 K (IR) ja suure energiaga elektronid (raadio).
Kuigi astronoomid olid supernova jäänustest tolmu otsinud juba aastakümneid, olid nad kasutanud vahendeid, mis suutsid tuvastada ainult üsna sooja tolmu, nagu näiteks ülaltoodud ISO infrapunapildil. SCUBA-l on siin eelis, kuna see suudab näha väga külma tolmu, kuna see töötab pikematel alam-mm lainepikkustel.
"Nii, nagu näete ainult raudselt pokkeril hõõguvat, kui see on tulekahjus olnud, näete tolmu ainult infrapunakaameratega, kui see on soojem kui umbes 25 Kelvinit, kuid SCUBA näeb seda ka siis, kui on ka külmem." selgitas Cardiffi ülikooli astrofüüsika lugeja dr Steve Eales.
Külm kõva tõendusmaterjal
SCUBA leidis Cas A jäänusest suures koguses tolmu, 1-4 korda rohkem kui Päikese mass! Seda on üle 1000 korra rohkem kui varem nähtud. See tähendab, et Cas A oli saadaval olevatest elementidest tolmu väga efektiivne. Tolmu temperatuur on väga madal, ainult 18 kelvinit (-257 kraadi Celsiuse järgi) ja see on põhjus, mida seda polnud kunagi varem nähtud. Allpool on kaks AU sub-mm pilti, mis on tehtud SCUBA abil 850 ja 450 mikroni kaugusel. Näete, et vasakpoolne pilt sarnaneb veidi ülaltoodud raadiosaatjaga ja see on tingitud sellest, et raadiopilti tekitavad suure energiaga elektronid eraldavad osa oma energiast ka veidi lühematel lainepikkustel - saastades alam mm emissiooni 850 mikronil. Keskmine pilt on 450 mikroni juures, kus saastumine on palju madalam, ja seetõttu moodustab suurem osa sellest emissioonist külma tolmu. Kui eemaldame saaste, saame teistsuguse pildi (paremal). Kogu tolm on näha jäänuse alumises pooles ja kaks sub-mm pilti näevad nüüd palju sarnasemad!
850 mikronit ilma raadiosaasteta
"Mõistatus on see, kuidas tolm võib nii külmaks jääda, kui teame, et selle eralduvast röntgenkiirgusest on üle miljoni kraadi gaasi." Kommenteeris prof Mike Edmunds, füüsika ja astronoomia kooli juhataja Cardiff.
Tolmul on ka Linnutee ja teiste galaktikate „igapäevase” tolmu omadused erinevad - see on parem kui läikiv alam-mm, võib-olla sellepärast, et see on endiselt väga noor ja suhteliselt põlised. Kui kõik supernoovid oleksid tolmu efektiivsed, oleksid nad galaktika suurimad tolmuvabrikud. Supernoovade suitsetamine pakub lahenduse varajases universumis nähtud tohutute tolmukoguste müsteeriumile.
"Need tähelepanekud annavad meile põneva ülevaate sellest, kuidas loodi Universumi esimesed tahked osakesed", ütles Haley Morgan.
Algne allikas: Cardiffi ülikooli pressiteade
