Obrazový kredit: Hubble
Nový článek publikovaný v časopise Nature pomáhá vypořádat se s dlouhodobým tajemstvím některých nejčasnějších pevných částic ve vesmíru. Horký prach byl v minulosti nalezen, ale chladnější prach byl většinou neviditelný - dosud. Zdá se, že supernovy jsou mimořádně účinné při výrobě prachu, který později vytváří planety, skály a lidi.
Právě jsme zjistili, že někteří supernovové mají špatné návyky - vyhánějí obrovské množství kouře, známého jako kosmický prach. To řeší dlouhodobé tajemství původu kosmického prachu a naznačuje, že supernovy, které vybuchují hvězdy, byly zodpovědné za výrobu prvních pevných částic ve vesmíru.
Hlavní podezřelí
Supernovy jsou násilné výbuchy hvězd, ke kterým dochází na konci jejich života. V naší galaxii se vyskytují přibližně každých 50 let a existují dva hlavní typy - typ Ia a II. Typ II jsou výbuchy velmi masivních hvězd s hmotností větší než 8násobek hmotnosti Slunce (Msun). Tyto hvězdy jsou „živé rychle - umírají mladí“ a spotřebovávají palivo s vodíkem a heliem pouze za několik milionů let, tisícekrát rychlejší než palivo spálí Slunce. Když je vyčerpán přívod paliva, musí hvězda hořet těžší a těžší prvky, dokud konečně, když už nedokáže udržet naživu, vnitřní části hvězdy se zhroutí, aby vytvořily neutronovou hvězdu nebo černou díru, a vnější části jsou vrženy v kataklyzmě nazýváme supernovou. Obrovský výbuch zametá okolní plyn do skořápky, která svítí na rentgenových, optických a rádiových vlnových délkách a vysílá rázové vlny galaxií. Supernovae uvolní více energie za jediný okamžik, než slunce vyprodukuje po celou dobu svého života. Pokud by nejbližší masivní hvězda, Betelgeuse v souhvězdí Orion, měla jít supernova, bylo by (na krátkou dobu) jasnější než úplněk.
Kosmická kouřová clona
Mezihvězdný prach se skládá z malých částic pevného materiálu, které se vznášejí v prostoru mezi hvězdami - s velikostí typicky velikostí cigaretového kouře. Není to stejné jako prach, který čistíme v našich domech, a ve skutečnosti je Země obrovským kusem kosmického prachu! Je zodpovědný za blokování přibližně poloviny veškerého světla vyzařovaného hvězdami a galaxiemi a hluboce ovlivňuje náš pohled na vesmír. Tento „zaprášený“ mrak má však stříbrnou podšívku, protože astronomové mohou „vidět“ prach vyzařující ukradené hvězdné světlo pomocí speciálních kamer určených pro práci na delších vlnových délkách, v infračervené (IR: 10 - 100 mikronů) a submillimetru ( sub-mm: 0,3 - 1 mm) část elektromagnetického spektra. Jedna taková kamera se nazývá SCUBA a je umístěna na dalekohledu James Clerk Maxwell na Havaji. SCUBA je britský přístroj, který detekuje světelné vlny na vlnových délkách pod mm a je schopen vidět prach přímo tam, kde se nacházejí nejvzdálenější hvězdy a galaxie.
Dusty Beginnings
Nedávná pozorování s SCUBA ukázala, že v galaxiích a kvasarech existuje obrovské množství prachu, když byl vesmír jen 1/10 jeho současného věku, dlouho předtím, než se utvořila Země a sluneční soustava. Přítomnost veškerého prachu ve vzdáleném vesmíru má velký dopad na to, co jsou astronomové schopni vidět se svými obrovskými optickými dalekohledy, protože omezuje množství hvězdného světla, které může uniknout ze vzdálené galaxie a být vidět na Zemi.
To, že ve vesmíru bylo tolik pevných částic, bylo pro astronomy velkým překvapením, protože věřili, že prach se tvoří hlavně v chladném větru z červených obřích hvězd na konci jejich života. Vzhledem k tomu, že hvězdě trvá dlouho, než se dostane do této fáze svého vývoje (Slunce bude trvat asi 9 miliard let), prostě nebylo dost času na to, aby bylo takto vyrobeno tolik prachu.
Ust Prach byl smeten pod kosmický koberec - astronomové ho po léta považovali za nepříjemnost kvůli způsobu, jakým skrývá světlo před hvězdami. Ale pak jsme zjistili, že na okraji vesmíru je prach, v nejstarších hvězdách a galaxiích, a uvědomili jsme si, že jsme nevědomí ani jeho základního původu, “vysvětlil dr. Dunne.
Supernovye také vyrábějí velká množství těžkých prvků, jako je uhlík a kyslík, a vyhazují je do mezihvězdného prostoru. To jsou elementy, které tvoří naše těla, a protože jsou také elementy, které tvoří prachová zrna, supernovy jsou již dlouho podezřelým tajemstvím původu kosmického prachu. Vzhledem k tomu, že nejmasivnějším hvězdám trvá jen několik milionů let, než dosáhnou konce života a explodují jako supernovy, mohli dostatečně rychle vytvořit prach, aby vysvětlili, co je vidět na počátku vesmíru. Až do práce tohoto týmu se však v supernovech objevilo jen nepatrné množství prachu - astronomové tak nechali kouřící zbraň, ale žádný „kouř“.
Haley Morganová, studentka doktorského studia v Cardiffu, řekla: „Kdyby supernovy byly účinnými prachovými„ továrnami “, každý z nich by produkoval více než hmotnost Slunce v prachu.“
„Jak se masivní hvězdy vyvíjejí, aby se astronomickými standardy staly supernovami v mrknutí oka, mohly by snadno vysvětlit, proč se prvotní vesmír jeví tak zaprášený.“ Dodal Dr. Rob Ivison z Královské observatoře Edinburgh.
Supernova Sleuths
Tým z Cardiffu a Edinburghu použil SCUBA k hledání emisí prachu ve zbytcích nedávné supernovy. Cassiopeia A je zbytkem supernovy, ke kterému došlo před 320 lety. Nachází se v souhvězdí Cassiopeia, 11 000 světelných let od Země a má průměr asi 10 světelných let. Cas A je nejjasnějším rádiovým zdrojem na obloze, takže je dobře studován na mnoha vlnových délkách od optického po rentgenové záření. Obrázky níže ukazují Cas A v rentgenových, optických, infračervených a rádiových. Rentgenové paprsky sledují skutečně horký plyn (10 milionů stupňů Kelvina) a další stopové materiály o vlnových délkách: 10 000 stupňů (optický), horký prach při 100 K (IR) a elektrony s vysokou energií (rádio).
Ačkoli astronomové hledali prach v pozůstatcích supernovy po celá desetiletí, použili nástroje, které dokázaly detekovat pouze prach, který byl docela teplý, jako například ten na výše uvedeném infračerveném obrázku ISO. SCUBA má tu výhodu, protože je schopna vidět prach, který je velmi chladný, a to proto, že pracuje na delších vlnových délkách pod mm.
"Stejným způsobem, jak můžete vidět železnou pokerovou zářící, když je v ohni, můžete vidět prach s infračervenými kamerami pouze v případě, že je teplejší než asi 25 kelvinů, ale SCUBA je vidí i v chladnějších dnech." vysvětlil Dr. Steve Eales, čtenář z Astrofyziky na Cardiffské univerzitě.
Cold Hard Evidence
SCUBA našla velké množství prachu ve zbytku Cas A, 1-4krát více než hmota Slunce! To je více než 1 000krát více, než tomu bylo dříve. To znamená, že Cas A byl velmi účinný při vytváření prachu z dostupných prvků. Teplota prachu je velmi nízká, pouze 18 kelvinů (-257 stupňů Celsia), a to je důvod, proč to nikdy předtím nebylo vidět. Níže jsou uvedeny dva sub-mm snímky Cas A při 850 a 450 mikronech pořízené pomocí SCUBA. Můžete vidět, že levý obraz vypadá trochu jako rádiový výše, a to proto, že elektrony s vysokou energií, které způsobují, že rádiový snímek také emitují část své energie při mírně kratších vlnových délkách - kontaminují emise sub mm při 850 mikronech. Střední obrázek je na 450 mikronech, kde je kontaminace mnohem nižší, a tak většina této emise pochází ze studeného prachu. Pokud odstraníme znečištění, získáme jiný obrázek (vpravo). Veškerý prach je vidět ve spodní polovině zbytku a dva sub-mm snímky nyní vypadají mnohem podobněji!
850 mikronů bez radio kontaminace
„Hádanka je, jak může prach zůstat tak chladný, když víme, že z rentgenového záření, které vydává, je plyn na více než milionu stupňů.“ Komentoval profesor Mike Edmunds, ředitel Fyzikální a astronomické školy v Cardiff.
Prach má také jiné vlastnosti než „každodenní“ prach v Mléčné dráze a dalších galaxiích - lepší je „svítit“ v sub-mm, možná proto, že je stále velmi mladý a relativně nedotčený. Kdyby byli všichni supernové tak efektivní při výrobě prachu, byli by to největší „továrny“ na prach v Galaxii. Kouření supernovy poskytuje řešení záhady obrovského množství prachu, které bylo vidět na počátku vesmíru.
"Tato pozorování nám dávají vzrušující pohled na to, jak byly vytvořeny první pevné částice ve vesmíru," řekl Haley Morgan.
Původní zdroj: Cardiff University News Release
