קרדיט תמונה: האבל
מאמר חדש שפורסם בכתב העת Nature עוזר ליישב תעלומה ארוכת שנים לגבי חלק מהחלקיקים המוצקים הקדומים ביותר ביקום. אבק חם כבר נמצא בעבר, אך האבק הקר יותר היה בלתי נראה - עד כה. נראה כי סופרנובות יעילות במיוחד בייצור האבק היוצר מאוחר יותר כוכבי לכת, סלעים ואנשים.
גילינו זה עתה כי בכמה סופרנובות יש הרגלים רעים - הם מביאים כמויות עשן אדירות, המכונות אבק קוסמי. זה פותר תעלומה ארוכת שנים על מקורו של אבק קוסמי ומציע כי סופרנובות, שהן כוכבים מתפוצצות, היו אחראיות לייצור החלקיקים הראשונים המוצקים אי פעם ביקום.
החשודים בראש הממשלה
Supernovae הם פיצוצים אלימים של כוכבים המתרחשים בסוף חייהם. הם מתרחשים בכל 50 שנה בערך בגלקסיה שלנו ויש שני סוגים עיקריים - סוג Ia ו- II. סוג II הם פיצוצים של כוכבים מאסיביים מאוד שהמסה שלהם גדולה פי 8 ממסת השמש (מסון). הכוכבים האלה הם "חיים מהר - מתים צעירים" המשתמשים בדלק המימן והליום שלהם בעוד כמה מיליוני שנים, אלפי פעמים מהר יותר מהשמש שורפת את הדלק שלה. כאשר תמצית אספקת הדלק, הכוכב צריך לשרוף יסודות כבדים וכבדים יותר, עד שלבסוף, כאשר הוא לא יכול לעשות עוד כדי להחזיק את עצמו בחיים, החלקים הפנימיים של קריסת הכוכבים יוצרים כוכב נויטרונים או חור שחור, והחלקים החיצוניים מושלכים בקטלנות אנו קוראים סופרנובה. הפיצוץ העצום שוטף את הגז שמסביב לקליפה המבהיקה באורכי גל רנטגן, אופטיים ורדיו, ומשדרת גלי הלם דרך הגלקסיה. סופרנובות משחררות יותר אנרגיה ברגע אחד ממה שהשמש תייצר בכל תקופת החיים שלה. אם הכוכב המסיבי הקרוב ביותר, בטלגוזה בקבוצת הכוכבים אוריון, היה הולך על סופרנובה, הוא (לזמן קצר) יהיה בהיר יותר מהירח המלא.
מסך העשן הקוסמי
אבק בין כוכבים מורכב מחלקיקים זעירים של חומר מוצק המרחף בחלל שבין הכוכבים - עם גודל בדרך כלל זה של עשן סיגריות. זה לא כמו האבק שאנחנו מנקים בבתים שלנו, ולמעשה כדור הארץ הוא גוש ענק של אבק קוסמי! זה אחראי על חסימת כמחצית מכל האור שנפלט מכוכבים וגלקסיות ומשפיע בצורה עמוקה על השקפתנו על היקום. לענן 'מאובק' זה יש בטנה כסופה, שכן האסטרונומים יכולים 'לראות' את האבק המקרין את אור הכוכבים הגנוב באמצעות מצלמות מיוחדות המיועדות לעבוד באורכי גל ארוכים יותר, באינפרה-אדום (IR: 10 - 100 מיקרון) ותת-מילימטר ( תת מ"מ: 0.3 - 1 מ"מ) חלק מהספקטרום האלקטרומגנטי. מצלמה אחת כזו מכונה SCUBA והיא ממוקמת בטלסקופ ג'יימס פקיד מקסוול בהוואי. SCUBA הוא מכשיר שנבנה בבריטניה המגלה גלי אור באורכי גל תת-מ"מ ומסוגל לראות אבק ממש למקום בו נמצאים הכוכבים והגלקסיות הרחוקים ביותר.
התחלות מאובקות
תצפיות אחרונות עם SCUBA הראו כי כמות עצומה של אבק קיימת בגלקסיות ובקוואזרים כאשר היקום היה רק 1/10 מעידונו הנוכחי, הרבה לפני שנוצר כדור הארץ ומערכת השמש. נוכחותו של כל האבק הזה ביקום הרחוק משפיעה רבות על מה שהאסטרונומים יכולים לראות באמצעות הטלסקופים האופטיים הענקיים שלהם, מכיוון שהוא מגביל את כמות האור הכוכב שיכולה לברוח מגלקסיה רחוקה וניתן לראות אותה על פני כדור הארץ.
שהייתה כל כך הרבה חלקיקים מוצקים ביקום בתקופה כה מוקדמת הייתה הפתעה גדולה עבור האסטרונומים שכן הם האמינו כי אבק נוצר בעיקר ברוחות קרירות מכוכבי ענק אדומים בסוף סוף חייהם. מכיוון שלוקח זמן רב עד שהכוכב יגיע לשלב זה בהתפתחותו (השמש ייקח בערך 9 מיליארד שנים) פשוט לא היה מספיק זמן עד שנוצר כל כך הרבה אבק בדרך זו.
'אבק נסחף מתחת לשטיח הקוסמי - במשך שנים אסטרונומים התייחסו אליו כמטרד בגלל האופן בו הוא מסתיר את האור מהכוכבים. אבל אז גילינו שיש אבק ממש בקצה היקום, בכוכבים והגלקסיות הקדומים ביותר, והבנו שאנחנו בורים אפילו במוצאו הבסיסי ", הסביר ד"ר דאן.
סופרנובות מייצרות גם כמויות גדולות של יסודות כבדים, כמו פחמן וחמצן, ומשליכים אותם לחלל הבין-כוכבי. אלה האלמנטים המרכיבים את גופנו, ומאחר שהם גם היסודות המרכיבים גרגרי אבק, סופרנובות היו זה מכבר חשוד במסתורין של מקור האבק הקוסמי. מכיוון שלכוכבים הכבירים המסיביים נדרשים רק כמה מיליוני שנים להגיע לסוף חייהם ולהתפוצץ כסופרנובות, הם יכלו ליצור אבק די מהר בכדי להסביר את מה שנראה ביקום הקדום. עם זאת, עד עבודתו של צוות זה, רק כמויות זעירות של אבק נמצאו מעולם בסופרנובות - מה שהשאיר לאסטרונומים אקדח מעשן אך ללא 'עשן'.
היילי מורגן, סטודנטית לתואר שלישי בקארדיף אמרה 'אם סופרנובות היו' מפעלי אבק יעילים ', הם היו מייצרים כל אחד יותר ממסת השמש באבק.'
"ככל שכוכבים מאסיביים מתפתחים להפוך לסופרנובות כהרף עין בסטנדרטים אסטרונומיים, הם יכלו בקלות להסביר מדוע היקום המוקדם נראה כה מאובק." הוסיף ד"ר רוב איוויסון מהמצפה המלכותי באדינבורו.
סופרנובה סליוטס
הצוות מקארדיף ואדינבורו השתמש ב- SCUBA כדי לחפש את הפליטה מאבק בשרידי סופרנובה שהתקיימה לאחרונה. קסיופיאה א 'הוא שריד סופרנובה שקרה לפני כ 320 שנה. זה ממוקם בקבוצת הכוכבים קסיופיאה, 11,000 שנות אור מכדור הארץ ונמצא כעשר שנות אור לרוחב. Cas A הוא מקור הרדיו הבהיר ביותר בשמיים כך שהוא נחקר היטב באורכי גל רבים מהאופטי לצילומי הרנטגן. התמונות למטה מציגות את ה- Cas A בצילומי הרנטגן, אופטי, אינפרא אדום ורדיו. צילומי הרנטגן עוקבים אחר הגז החם באמת (10 מיליון מעלות קלווין), ואורכי הגל האחרים מתחקים אחר חומר: 10 אלף מעלות (אופטי), אבק חם ב 100 K (IR) ואלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה (רדיו).
למרות שהאסטרונומים חיפשו אבק בשרידי סופרנובה במשך עשרות שנים, הם השתמשו במכשירים שיכולים רק לאתר אבק שהיה חם למדי, כמו זה בתמונת האינפרא אדום ISO שלמעלה. ל- SCUBA היתרון כאן מכיוון שהיא מסוגלת לראות אבק קר מאוד וזה בגלל שהיא עובדת באורכי גל ארוכים יותר מתת-מ"מ.
"באותו אופן שאתה יכול לראות רק פוקר ברזל זוהר כשזה היה בשריפה, אתה יכול לראות רק אבק עם מצלמות אינפרא אדום כשהוא חם יותר מכ- 25 קלווין, אבל SCUBA יכולה לראות את זה גם כשהוא קר יותר." הסביר ד"ר סטיב איאלס, קורא באסטרופיזיקה באוניברסיטת קרדיף.
הוכחות קשות וקרות
SCUBA מצא כמות גדולה של אבק בשריד הקאסס, פי 1-4 יותר ממסת השמש! זה פי אלף יותר מכפי שנראה בעבר. המשמעות היא שקאס A היה יעיל מאוד ביצירת אבק מהיסודות הזמינים. הטמפרטורה של האבק נמוכה מאוד, רק 18 קלווין (-257 מעלות צלזיוס), וזו הסיבה שמעולם לא נראתה לפני כן. להלן שתי תמונות המשנה-מ"מ של Cas A בגודל 850 ו -450 מיקרון שצולמו עם SCUBA. ניתן לראות שהתמונה השמאלית נראית מעט כמו הרדיו שלמעלה, וזאת מכיוון שהאלקטרונים האנרגיים הגבוהים שהופכים את תמונת הרדיו פולטות גם הם חלק מהאנרגיה שלהם באורכי גל קצרים מעט יותר - מזהמים את פליטת התת-מ"מ בעוצמה של 850 מיקרון. התמונה האמצעית היא בגודל 450 מיקרון, שם הזיהום נמוך בהרבה, ולכן רוב הפליטה הזו היא מאבק קר. אם אנו מסירים את הזיהום נקבל תמונה אחרת (מימין). כל האבק נראה בחלקו התחתון של השריד ושתי תמונות התת-מ"מ נראות כעת הרבה יותר דומות!
850 מיקרון ללא זיהום רדיו
"הפאזל הוא איך האבק יכול להישאר קר כל כך כשאנחנו יודעים שיש גז שמעל למעלה ממיליון מעלות נוכח מקרינת הרנטגן שהוא מפטיר." העיר פרופ 'מייק אדמונדס, ראש בית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה ב- קרדיף.
לאבק יש גם תכונות שונות לסוג 'היומיומי' של אבק שביל החלב וגלקסיות אחרות - עדיף 'להאיר' בתת-מ"מ, אולי בגלל שהוא עדיין צעיר מאוד וטהור יחסית. אם כל הסופרנובות היו יעילות כל כך בייצור אבק, הן היו 'מפעלי האבק' הגדולים ביותר בגלקסיה. סופרנובות מעשנות מספקות פיתרון לתעלומת כמויות האבק העצומות שנראו ביקום הקדום.
"התצפיות הללו נותנות לנו הצצה מפתה כיצד נוצרו החלקיקים המוצקים הראשונים ביקום" אמרה היילי מורגן.
המקור המקורי: מהדורת החדשות של אוניברסיטת קרדיף
