Obrazový kredit: Hubble
Nový článok publikovaný v časopise Nature pomáha vyriešiť dlhotrvajúce tajomstvo niektorých najskorších pevných častíc vo vesmíre. Horúci prach sa našiel v minulosti, ale chladnejší prach bol väčšinou neviditeľný - doteraz. Zdá sa, že supernovy sú mimoriadne efektívne pri výrobe prachu, ktorý neskôr vytvára planéty, skaly a ľudí.
Práve sme zistili, že niektorí supernoví majú zlé návyky - vyháňajú obrovské množstvo dymu, známeho ako kozmický prach. Toto rieši dlhotrvajúce tajomstvo o pôvode kozmického prachu a naznačuje, že supernovy, ktoré vybuchujú, boli zodpovedné za výrobu vôbec prvých tuhých častíc vo vesmíre.
Prví podozriví
Supernovy sú násilné výbuchy hviezd, ku ktorým dochádza na konci ich života. Vyskytujú sa približne každých 50 rokov v našej galaxii a existujú dva hlavné typy - typ Ia a II. Typ II sú výbuchy veľmi masívnych hviezd s hmotnosťou väčšou ako 8-násobok hmotnosti Slnka (Msun). Tieto hviezdy „žijú rýchlo - zomierajú mladí“ a spotrebúvajú svoje vodík a palivo hélia iba za pár miliónov rokov, tisíckrát rýchlejšie ako palivo spaľuje Slnko. Ak je vyčerpaný prívod paliva, musí hviezda horieť ťažšie a ťažšie prvky, až nakoniec, keď už nedokáže udržať viac nažive, vnútorné časti hviezdy sa zrútia, aby vytvorili neutrónovú hviezdu alebo čiernu dieru, a vonkajšie časti sa vyhodia v kataklyzme nazývame supernovu. Obrovská explózia zametá okolitý plyn do obalu, ktorý svieti na röntgenových, optických a rádiových vlnových dĺžkach a vysiela galaktické vlny. Supernovae uvoľňujú viac energie za jediný okamih, ako slnko vyprodukuje počas celého svojho života. Keby najbližšia masívna hviezda Betelgeuse v súhvezdí Orion mala ísť supernova, bolo by to (na krátku dobu) jasnejšie ako spln.
Kozmická dymová clona
Medzihviezdny prach sa skladá z malých častíc tuhého materiálu, ktoré sa vznášajú v priestore medzi hviezdami - s veľkosťami typicky podobnými cigaretovému dymu. Nie je to to isté ako prach, ktorý čistíme v našich domoch, a v skutočnosti je Zem obrovským kusom kozmického prachu! Je zodpovedný za blokovanie približne polovice všetkého svetla vyžarovaného z hviezd a galaxií a výrazne ovplyvňuje náš pohľad na vesmír. Tento „zaprášený“ oblak má však striebornú podšívku, pretože astronómovia môžu „vidieť“ prach vyžarujúci ukradnuté hviezdne svetlo pomocou špeciálnych kamier určených na prácu na dlhších vlnových dĺžkach, v infračervenej oblasti (IR: 10 - 100 mikrónov) a submillimetre ( sub-mm: 0,3 - 1 mm) časť elektromagnetického spektra. Jedna takáto kamera sa nazýva SCUBA a je umiestnená na teleskopu James Clerk Maxwell na Havaji. SCUBA je britský prístroj, ktorý detekuje svetelné vlny na vlnovej dĺžke menšej ako mm a je schopný vidieť prach priamo na mieste, kde sa nachádzajú najhlbšie hviezdy a galaxie.
Dusty Beginnings
Posledné pozorovania SCUBA ukázali, že v galaxiách a kvasaroch existuje obrovské množstvo prachu, keď bol vesmír iba 1/10 svojho súčasného veku, dlho predtým, ako sa vytvorila Zem a slnečná sústava. Prítomnosť všetkého tohto prachu vo vzdialenom vesmíre má veľký vplyv na to, čo sú astronómovia schopní vidieť pomocou svojich obrovských optických teleskopov, pretože obmedzuje množstvo hviezdneho svetla, ktoré môže uniknúť zo vzdialenej galaxie a byť videné na Zemi.
To, že vo vesmíre bolo tak veľa pevných častíc, bolo pre astronómov veľkým prekvapením, pretože verili, že prach sa tvorí hlavne v chladnom vetre z červených obrovských hviezd na konci ich života. Keďže hviezda trvá dlho, kým sa dostane do tejto fázy svojho vývoja (Slnko bude trvať asi 9 miliárd rokov), jednoducho nebolo dosť času na to, aby sa takto vyrobilo toľko prachu.
Ust Prach bol zametaný pod kozmickým kobercom - astronómovia to celé roky považovali za nepríjemnosť kvôli spôsobu, akým skrýva svetlo pred hviezdami. Ale potom sme zistili, že na okraji vesmíru je prach, v najskorších hviezdach a galaxiách, a uvedomili sme si, že nevedieme ani o jeho základnom pôvode, “vysvetlil Dr Dunne.
Supernovy tiež vyrábajú veľké množstvo ťažkých prvkov, ako sú uhlík a kyslík, a vyhodia ich do medzihviezdneho priestoru. Toto sú prvky, ktoré tvoria naše telá, a keďže sú tiež prvkami, ktoré tvoria prachové zrná, supernovy sú už dlho podozrivým v tajomstve pôvodu kozmického prachu. Pretože najmaterializovanejším hviezdam potrvá len pár miliónov rokov, kým dosiahnu koniec života a explodujú ako supernovy, mohli by dosť rýchlo vytvoriť prach na vysvetlenie toho, čo je vidieť na začiatku vesmíru. Až do práce tohto tímu sa však v supernovách našlo iba malé množstvo prachu - astronómovia tak zostali s fajčením, ale bez „dymu“.
Haley Morgan, doktorandka z Cardiffu, povedala: „Keby supernovy boli účinnými prachovými„ továrňami “, každý z nich by produkoval viac ako množstvo Slnka v prachu.“
„Keď sa podľa astronomických štandardov vyvíjajú mohutné hviezdy, ktoré sa podľa mien astronomických štandardov stávajú supernovy, mohli by ľahko vysvetliť, prečo sa počiatočný vesmír javí tak zaprášený.“ Dodal Dr Rob Ivison z Kráľovskej observatória v Edinburghu.
Supernova Sleuths
Tím z Cardiffu a Edinburghu použil SCUBA na zisťovanie emisií prachu vo zvyškoch nedávnej supernovy. Cassiopeia A je zvyškom supernovy, ktorá sa stala asi pred 320 rokmi. Nachádza sa v súhvezdí Cassiopeia, 11 000 svetelných rokov od Zeme a má priemer asi 10 svetelných rokov. Cas A je najjasnejším rádiovým zdrojom na oblohe, takže je dobre študovaný na mnohých vlnových dĺžkach od optického po röntgenové žiarenie. Obrázky nižšie ukazujú Cas A v röntgenových lúčoch, optické, infračervené a rádiové. Röntgenové lúče sledujú skutočne horúci plyn (10 miliónov stupňov Kelvina) a ďalšie stopové materiály s vlnovými dĺžkami: 10 000 stupňov (optický), horúci prach pri 100 K (IR) a elektróny s vysokou energiou (rádio).
Hoci astronómovia hľadali prach v pozostatkoch supernovy po celé desaťročia, používali nástroje, ktoré dokázali zistiť iba dosť teplý prach, ako napríklad ten na vyššie uvedenom infračervenom obrázku ISO. Výhodou je tu SCUBA, pretože je schopný vidieť prach, ktorý je veľmi studený, a to preto, že pracuje pri dlhších vlnovej dĺžke pod mm.
„Rovnakým spôsobom, ako vidíte žiariaci poker železa, len keď je v ohni, môžete vidieť prach z infračervených kamier iba v prípade, že je teplejšie ako asi 25 kelvinov, ale SCUBA ho môže vidieť, aj keď je chladnejšie“ vysvetlil Dr Steve Eales, čitateľ z Astrofyziky na Cardiffskej univerzite.
Cold Hard Evidence
SCUBA našla veľké množstvo prachu v zvyšku Cas A, 1-4 krát viac ako hmotnosť Slnka! To je viac ako 1 000-krát viac, ako tomu bolo v minulosti. To znamená, že Cas A bol veľmi efektívny pri vytváraní prachu z dostupných prvkov. Teplota prachu je veľmi nízka, iba 18 kelvinov (-257 stupňov Celzia), a to je dôvod, prečo sa nikdy predtým nevidel. Nižšie sú uvedené dva sub-mm snímky Cas A pri 850 a 450 mikrónoch zhotovené pomocou SCUBA. Môžete vidieť, že ľavý obrázok vyzerá trochu ako rádiový vyššie, a to z toho dôvodu, že elektróny s vysokou energiou, ktoré spôsobujú, že rádiový obraz tiež emitujú časť svojej energie pri mierne kratších vlnových dĺžkach - kontaminujú čiastkovú emisiu pri 850 mikrometroch. Stredný obrázok je na 450 mikrónov, kde je kontaminácia oveľa nižšia, a tak väčšina tejto emisie pochádza zo studeného prachu. Ak odstránime kontamináciu, získame iný obrázok (vpravo). Všetok prach je viditeľný v dolnej polovici zvyšku a dva sub-mm obrázky teraz vyzerajú omnoho podobnejšie!
850 mikrónov bez rádiovej kontaminácie
„Hádanka je, ako môže prach zostať tak chladný, keď vieme, že z röntgenového žiarenia, ktoré vydáva, je plyn na viac ako milión stupňov.“ Komentoval Prof. Mike Edmunds, vedúci fakulty fyziky a astronómie v Cardiff.
Prach má tiež odlišné vlastnosti ako „každodenný“ druh prachu v Mliečnej dráhe a iných galaxiách - lepšie je „žiariť“ v sub-mm, možno preto, že je stále veľmi mladý a relatívne nedotknutý. Keby všetci supernovia boli takí schopní pri výrobe prachu, boli by to najväčšie prachové „továrne“ v Galaxii. Fajčenie supernov poskytuje riešenie tajomstva obrovského množstva prachu pozorovaného v ranom vesmíre.
„Tieto pozorovania nám dávajú vzrušujúci pohľad na to, ako sa vytvorili prvé pevné častice vo vesmíre,“ uviedla Haley Morgan.
Pôvodný zdroj: Cardiff University News Release
