Billedkredit: Hubble
En ny artikel offentliggjort i tidsskriftet Nature hjælper med at afvikle et langvarigt mysterium om nogle af de tidligste faste partikler i universet. Der var tidligere fundet varmt støv, men det koldere støv var for det meste usynligt - indtil nu. Det ser ud til, at supernovaer er ekstremt effektive til at producere det støv, der senere danner planeter, klipper og mennesker.
Vi har netop opdaget, at nogle supernovaer har dårlige vaner - de udskiller enorme mængder røg, kendt som kosmisk støv. Dette løser et langvarigt mysterium over oprindelsen af kosmisk støv og antyder, at supernovaer, der eksploderer stjerner, var ansvarlige for at producere de første nogensinde faste partikler i universet.
De vigtigste mistænkte
Supernovaer er de voldelige eksplosioner af stjerner, der forekommer i slutningen af deres liv. De forekommer omkring hvert 50. år i vores Galaxy, og der er to hovedtyper - Type Ia og II. Type II er eksplosionerne af meget massive stjerner med en masse, der er større end 8 gange solens masse (Msun). Disse stjerner er 'levende hurtigt - dø ung' ved at bruge deres brint og heliumbrændstof på kun et par millioner år, tusinder af gange hurtigere end solen brænder dets brændstof. Når brændstofforsyningen er opbrugt, skal stjernen forbrænde tungere og tungere elementer, indtil den endelig ikke kan gøre for at holde sig i live, de indre dele af stjernekollapsen for at danne en neutronstjerne eller sort hul, og de ydre dele er kastet ud i katastrofen kalder vi en supernova. Den enorme eksplosion fejer den omgivende gas ind i en skal, der skinner ved røntgenstråler, optiske og radiobølgelængder og sender chokbølger gennem galaksen. Supernovae frigiver mere energi på et øjeblik, end Solen vil producere i hele sin levetid. Hvis den nærmeste massive stjerne, Betelgeuse i stjernebilledet Orion, skulle gå supernova, ville den (i kort tid) være lysere end fuldmåne.
Den kosmiske røgskærm
Interstellært støv består af små partikler af fast materiale, der svæver rundt i rummet mellem stjernerne - med størrelser typisk størrelsen af cigaretrøg. Det er ikke det samme som det støv, vi renser op i vores huse, og faktisk er Jorden en kæmpe klump af kosmisk støv! Det er ansvarlig for at blokere omkring halvdelen af alt lys, der udsendes fra stjerner og galakser, og påvirker dybtgående vores syn på universet. Denne 'støvede' sky har dog et sølvfor, da astronomerne kan 'se' støvet, der udstråler det stjålne stjernelys ved hjælp af specielle kameraer designet til at arbejde på længere bølgelængder, i den infrarøde (IR: 10 - 100 mikron) og Submillimeter ( sub-mm: 0,3 - 1 mm) del af det elektromagnetiske spektrum. Et sådant kamera kaldes SCUBA og det er placeret på James Clerk Maxwell Telescope på Hawaii. SCUBA er et instrument, der er bygget i Storbritannien, og som registrerer lysbølger ved bølgelængder på under mm og er i stand til at se støv lige ud til det sted, hvor de fjerneste stjerner og galakser findes.
Støvet begyndelse
Nylige observationer med SCUBA har vist, at der findes en enorm mængde støv i galakser og kvasarer, da universet kun var 1/10 af sin nuværende alder, længe før Jorden og solsystemet var dannet. Tilstedeværelsen af alt dette støv i det fjerne univers har en stor indflydelse på, hvad astronomer er i stand til at se med deres gigantiske optiske teleskoper, da det begrænser mængden af stjernelys, der kan flygte fra en fjern galakse og ses på Jorden.
At der var så mange faste partikler i Universet på så tidligt tidspunkt var en stor overraskelse for astronomer, da de havde troet, at støv hovedsageligt blev dannet i kølige vinde fra røde kæmpe stjerner nær slutningen af deres liv. Da det tager lang tid for stjerne at nå dette stadium i sin udvikling (Solen vil tage omkring 9 milliarder år), har der ganske enkelt ikke været tid nok til, at der er skabt så meget støv på denne måde.
‘Støv er blevet fejet under det kosmiske tæppe - i årevis har astronomer behandlet det som en gener på grund af den måde, det skjuler lyset for stjernerne. Men så fandt vi ud af, at der er støv lige ved kanten af universet, i de tidligste stjerner og galakser, og vi indså, at vi var uvidende om endda dets grundlæggende oprindelse, forklarede dr. Dunne.
Supernovaer fremstiller også store mængder af tunge elementer, såsom kulstof og ilt, og kaster dem ud i det interstellare rum. Dette er de elementer, der udgør vores kroppe, og da de også er elementerne, der udgør støvkorn, har supernovaer længe været en vigtig mistanke i mysteriet om det kosmiske støvs oprindelse. Da det kun tager nogle få millioner år for de mest massive stjerner at nå slutningen af liv og eksplodere som supernovaer, kunne de fremstille støv hurtigt nok til at forklare, hvad der ses i det tidlige univers. Indtil dette holds arbejde var der dog kun fundet små mængder støv i supernovaer - hvilket efterlod astronomer med en rygerpistol, men ingen 'røg'
Haley Morgan, en ph.d.-studerende ved Cardiff sagde 'Hvis supernovaer var effektive støv' fabrikker ', ville de hver producere mere end massen af Solen i støv.'
'Efterhånden som store stjerner udvikler sig til at blive supernovaer med blink fra et astronomisk niveau, kunne de let forklare, hvorfor det tidlige univers forekommer så støvet.' Tilføjede Dr. Rob Ivison fra Royal Observatory Edinburgh.
Supernova Sleuths
Holdet fra Cardiff og Edinburgh brugte SCUBA til at se efter emissionen fra støv i resterne af en nylig supernova. Cassiopeia A er resterne af en supernova, der skete for omkring 320 år siden. Det er placeret i stjernebilledet Cassiopeia, 11.000 lysår fra Jorden og er omkring 10 lysår på tværs. Cas A er den lyseste radiokilde på himlen, så den er godt studeret på mange bølgelængder fra de optiske til røntgenstråler. Billederne nedenfor viser Cas A i røntgenstråler, optisk, infrarød og radio. Røntgenstrålene følger den rigtigt varme gas (10 millioner grader Kelvin), og de andre bølgelængder sporer materiale ved: 10 tusind grader (optisk), varmt støv ved 100 K (IR) og højenergi-elektroner (radio).
Selvom astronomer i årtier havde søgt efter støv i supernovarester, havde de brugt instrumenter, der kun kunne registrere støv, der var ganske varmt, som det i det infrarøde ISO-billede ovenfor. SCUBA har den fordel her, fordi den kan se støv, der er meget koldt, og det er fordi det fungerer ved længere bølgelængder på under mm.
"På samme måde som du kun kan se en jernpoker, der lyser, når det har været i ild, kan du kun se støv med infrarøde kameraer, når det er varmere end omkring 25 Kelvin, men SCUBA kan se det, når det også er koldere." forklarede Dr. Steve Eales, læser i astrofysik ved Cardiff University.
Koldt hårdt bevis
SCUBA fandt en stor mængde støv i Cas A-rest, 1-4 gange mere end solens masse! Dette er over 1.000 gange mere, end der var set før. Dette betyder, at Cas A var meget effektiv til at skabe støv fra de tilgængelige elementer. Støvets temperatur er meget lav, kun 18 Kelvin (-257 grader celsius), og dette er grunden til, at det aldrig var set før. Nedenfor er de to sub-mm-billeder af Cas A på 850 og 450 mikron taget med SCUBA. Du kan se, at det venstre billede ligner lidt radioen ovenover, og det skyldes, at de høje energi-elektroner, der får radiobilledet, også udsender noget af deres energi på lidt kortere bølgelængder - forurener sub-mm-emissionen ved 850 micron. Det midterste billede er på 450 mikron, hvor forureningen er meget lavere, og det meste af denne emission kommer fra koldt støv. Hvis vi fjerner forureningen, får vi et andet billede (til højre). Alt støv ses i den nederste halvdel af resten, og de to sub-mm-billeder ligner nu meget mere!
850 mikron uden radioforurening
”Puslespillet er, hvordan støvet kan forblive så koldt, når vi ved, at der er gas i over en million grader til stede fra den røntgenstråling, det giver fra.” Kommenterede professor Mike Edmunds, leder af School of Physics & Astronomy i Cardiff.
Støvet har også forskellige egenskaber som den 'daglige' slags støv i Mælkevejen og andre galakser - det er bedre at 'skinne' i sub-mm, måske fordi det stadig er meget ung og relativt uberørt. Hvis alle supernovaer var så effektive til at fremstille støv, ville de være de største støv 'fabrikker' i Galaxy. Rygende supernovaer giver en løsning på mysteriet om de enorme mængder støv, der blev set i det tidlige univers.
”Disse observationer giver os et fristende glimt af, hvordan de første faste partikler i universet blev skabt” sagde Haley Morgan.
Original kilde: Cardiff University News Release
