Кредит изображения: Хаббл
Новая статья, опубликованная в журнале Nature, помогает разгадать давнюю загадку о некоторых самых ранних твердых частицах во Вселенной. В прошлом была обнаружена горячая пыль, но более холодная пыль была в основном невидимой - до сих пор. Похоже, что сверхновые чрезвычайно эффективны в производстве пыли, которая впоследствии образует планеты, камни и людей.
Мы только что обнаружили, что некоторые сверхновые имеют вредные привычки - они выделяют огромное количество дыма, известного как космическая пыль. Это решает давнюю загадку происхождения космической пыли и позволяет предположить, что сверхновые, которые являются взрывающимися звездами, были ответственны за создание первых в мире твердых частиц во Вселенной.
Главные Подозреваемые
Сверхновые - это сильные взрывы звезд, происходящие в конце их жизни. Они происходят примерно каждые 50 лет или около того в нашей Галактике, и существует два основных типа - Тип Ia и II. Тип II - это взрывы очень массивных звезд, масса которых в 8 раз превышает массу Солнца (Msun). Эти звезды «живут быстро - умри молодыми», расходуя свое водородное и гелиевое топливо всего за несколько миллионов лет, в тысячи раз быстрее, чем Солнце сжигает это топливо. Когда запас топлива исчерпан, звезда должна сжигать все более и более тяжелые элементы, пока, наконец, когда она больше не сможет поддерживать себя, внутренние части звезды разрушаются, образуя нейтронную звезду или черную дыру, и внешние части отбрасываются Выйдя в катаклизм мы называем сверхновой. Огромный взрыв поглощает окружающий газ в оболочку, которая излучает рентгеновские, оптические и радиоволны и посылает ударные волны через галактику. Сверхновые высвобождают в одно мгновение больше энергии, чем Солнце производит за всю свою жизнь. Если ближайшая массивная звезда, Бетельгейзе в созвездии Ориона, станет сверхновой, она (на короткое время) будет ярче, чем полная луна.
Космическая дымовая завеса
Межзвездная пыль состоит из крошечных частиц твердого материала, плавающих в пространстве между звездами - с размерами, как правило, сигаретного дыма. Это не то же самое, что пыль, которую мы убираем в наших домах, и на самом деле Земля - это гигантский кусок космической пыли! Он отвечает за блокирование примерно половины всего света, излучаемого звездами и галактиками, и глубоко влияет на наше представление о Вселенной. Это «пыльное» облако имеет серебряную подкладку, поскольку астрономы могут «видеть» пыль, излучающую украденный звездный свет, с помощью специальных камер, предназначенных для работы на более длинных волнах, в инфракрасном (ИК: 10–100 мкм) и субмиллиметровом ( суб мм: 0,3 - 1 мм) часть электромагнитного спектра. Одна такая камера называется SCUBA и находится на телескопе Джеймса Клерка Максвелла на Гавайях. SCUBA - это британский прибор, который обнаруживает световые волны на длине волны менее 1 мм и способен видеть пыль прямо там, где находятся самые дальние звезды и галактики.
Пыльный Начало
Недавние наблюдения с аквалангом показали, что огромное количество пыли существует в галактиках и квазарах, когда Вселенная составляла только 1/10 своего нынешнего возраста, задолго до образования Земли и Солнечной системы. Присутствие всей этой пыли в далекой Вселенной оказывает большое влияние на то, что астрономы могут видеть своими гигантскими оптическими телескопами, поскольку оно ограничивает количество звездного света, который может вылететь из далекой галактики и быть видимым на Земле.
То, что во Вселенной было так много твердых частиц в столь раннее время, было большим сюрпризом для астрономов, поскольку они полагали, что пыль в основном образовалась в холодных ветрах от красных гигантских звезд в конце их жизни. Поскольку звездам требуется много времени, чтобы достичь этой стадии в своем развитии (Солнцу понадобится около 9 миллиардов лет), просто не было достаточно времени, чтобы таким образом образовалось столько пыли.
‘Пыль была подметена под космическим ковром - в течение многих лет астрономы рассматривали ее как неприятность из-за того, как она скрывает свет от звезд. Но затем мы обнаружили, что на самом краю Вселенной, в самых ранних звездах и галактиках, есть пыль, и мы поняли, что не знаем даже ее основного происхождения », - объяснил доктор Данн.
Сверхновые также производят большое количество тяжелых элементов, таких как углерод и кислород, и выбрасывают их в межзвездное пространство. Это элементы, из которых состоят наши тела, и, поскольку они также являются элементами, из которых состоят пылевые зерна, сверхновые долгое время были главным подозрением в тайне происхождения космической пыли. Поскольку самым массивным звездам требуется всего несколько миллионов лет, чтобы достичь конца жизни и взорваться как сверхновые, они могут достаточно быстро образовать пыль, чтобы объяснить, что видно в ранней Вселенной. Тем не менее, до работы этой команды в сверхновых не было обнаружено лишь небольшого количества пыли - астрономы оставались с дымящимся пистолетом, но без «дыма»
Хейли Морган, аспирант из Кардиффа, сказала: «Если бы сверхновые были эффективными« фабриками пыли », то каждый из них производил бы больше, чем масса Солнца в пыли».
«Поскольку астрономические стандарты в мгновение ока превращают массивные звезды в сверхновые, они легко могут объяснить, почему ранняя Вселенная выглядит такой пыльной», - добавил д-р Роб Ивисон из Королевской обсерватории Эдинбурга.
Сверхновые Сыщики
Команда из Кардиффа и Эдинбурга использовала SCUBA для поиска излучения пыли в остатках недавней сверхновой. Кассиопея А является остатком сверхновой, которая произошла около 320 лет назад. Он расположен в созвездии Кассиопея, на расстоянии 11 000 световых лет от Земли, а его ширина составляет около 10 световых лет. Cas A - самый яркий радиоисточник на небе, поэтому он хорошо изучен на многих длинах волн от оптического до рентгеновского. Изображения ниже показывают Cas A в рентгеновском, оптическом, инфракрасном и радио. Рентгеновские лучи следуют за действительно горячим газом (10 миллионов градусов Кельвина), а другие длины волн отслеживают материал при: 10 тысяч градусов (оптический), горячую пыль при 100 К (ИК) и электроны высокой энергии (радио).
Хотя астрономы искали пыль в остатках сверхновых в течение десятилетий, они использовали приборы, которые могли обнаруживать только достаточно теплую пыль, такую как на инфракрасном изображении ISO выше. Здесь у SCUBA есть преимущество, потому что он способен видеть очень холодную пыль, и это потому, что он работает на длинных длинах волн менее 1 мм.
«Точно так же, как вы можете видеть светящийся железный покер, когда он находится в огне, вы можете видеть пыль только с инфракрасными камерами, когда она теплее, чем около 25 Кельвинов, но SCUBA может видеть ее, когда она также холоднее» объяснил доктор Стив Илс, читатель в области астрофизики в университете Кардиффа.
Холодные Доказательства
СКУБА обнаружил большое количество пыли в остатке Cas A, в 1-4 раза больше, чем масса Солнца! Это более чем в 1000 раз больше, чем раньше. Это означает, что Cas A был очень эффективен в создании пыли из доступных элементов. Температура пыли очень низкая, всего 18 Кельвинов (-257 градусов по Цельсию), и это причина того, что ее никогда не видели раньше. Ниже представлены два субмиллиметровых изображения Cas A с размерами 850 и 450 микрон, полученные с помощью SCUBA. Вы можете видеть, что левое изображение немного похоже на радио, изображенное выше, и это потому, что электроны высокой энергии, которые создают радиоизображение, также излучают часть своей энергии на несколько более коротких длинах волн - загрязняя излучение субмиллиметрового диапазона в 850 микрон. Среднее изображение на 450 микрон, где загрязнение намного ниже, и поэтому большая часть этого излучения от холодной пыли. Если мы удалим загрязнение, мы получим другую картину (справа). Вся пыль видна в нижней половине остатка, и два субмиллиметровых изображения теперь выглядят намного более похожими!
850 мкм без радиозагрязнения
«Загадка в том, как пыль может оставаться такой холодной, когда мы знаем, что от рентгеновского излучения, которое она испускает, газ находится под углом более миллиона градусов», - прокомментировал профессор Майк Эдмундс, руководитель Школы физики и астрономии в Кардифф.
Пыль также обладает свойствами, отличными от «повседневной» пыли в Млечном Пути и других галактиках - она лучше «сияет» в субмиллиметровых слоях, возможно, потому, что она еще очень молода и относительно нетронута. Если бы все сверхновые были настолько эффективны в создании пыли, они были бы самыми большими «фабриками» пыли в Галактике. Курящие сверхновые раскрывают тайну огромного количества пыли, видимого в ранней Вселенной.
«Эти наблюдения дают нам дразнящий проблеск того, как были созданы первые твердые частицы во Вселенной», - сказала Хейли Морган.
Первоисточник: пресс-релиз университета Кардиффа
