Dymiące supernowe

Zespół brytyjskich astronomów ogłosił, iż niektóre supernowe mają brzydki zwyczaj - buchają olbrzymią ilością "dymu" znanego jako kosmiczny pył. Odkrycie to rozwiązuje zagadkę powstania pierwszych trwałych cząsteczek i ich późniejszego tworzenia w ponad dziesięciomiliardowej historii Wszechświata.

Supernowa Kasjopeja A obserwowana przez kamerę SCUBA ujawnia otoczkę kosmicznego pyłu o średnicy 12 lat świetlnych. Zdjęcie wykonane jest w sub-milimetrowych falach. Czarny i ciemno-niebieski kolor reprezentuje słabszą emisję podczas gdy jasno-niebieski i biały kolor obszary najjaśniejsze. Źródło: Loretta Dunne (Cardiff University), NASA.

Zespół mierzył zimny, kosmiczny pył w "Kasjopei A", pozostałości po wybuchu gwiazdy supernowej w naszej Galaktyce, w odległości ok. 11 tys. lat światła od Ziemi. Ilość pyłu była tysiąc razy większa niż mierzona dotychczas, sugerując że silne eksplozje supernowych są jednym z najbardziej wydajnych sposobów tworzenia pyłu. To również wyjaśnia zagadkę w jaki sposób uformowały się ostatnio odkryte duże ilości pyłu we wczesnym Wszechświecie.

Niepodobny do ziemskiego pyłu, kosmiczny pył zbudowany jest z bardzo maleńkich ziarenek (głównie węgla i krzemu) unoszących się w przestrzeni międzygwiezdnej, o rozmiarach cząsteczek dymu z papierosa. Ziarna pyłu wokół młodych gwiazd pomagają im w formowaniu się i są one składnikami budowlanymi planet.

Dr Loretta Dunne z Uniwersytetu Cardiff, która przewodniczyła badaniom mówi: "Faktycznie żyjemy na bardzo wielkim zbiorowisku ziaren kosmicznego pyłu! Pytanie o pochodzenie pyłu jest w zasadzie pytaniem o początek naszej Ziemi i innych planet".

Supernowe są gwałtownymi wybuchami gwiazd w końcowym okresie ich życia. W jednej chwili supernowa może uwolnić więcej energii niż nasze Słońce wyprodukuje w ciągu całego życia - około 9 miliardów lat. One również produkują wielkie ilości ciężkich pierwiastków jak węgiel czy tlen i wyrzucają je w przestrzeń międzygwiazdową. Ponieważ są one składnikami kosmicznych ziaren pyłu przypuszczano, że supernowe mogą odegrać ważką rolę w wyjaśnieniu pochodzenia pyłu. Jednakże aż do chwili obecnej jedynie niewielkie ilości pyłu zaobserwowano u supernowych.

Haley Morgan, doktorant uniwersytetu w Cardiff wyjaśnia: "Niektóre supernowe są burzliwym końcem gwiazd, które żyją szybko i umierają młodo. Te gwiazdy są wiele razy masywniejsze od naszego Słońca i spalają swoje paliwo tysiące razy szybciej, w ciągu zaledwie kilku milionów lat. Jeśli supernowe byłyby efektywnymi "fabrykami pyłu" to produkowałyby go więcej niż wynosi masa Słońca".

Badacze przyjrzeli się "Kasjopei A", mającej 300 lat pozostałości, powstałej kiedy gwiazda około 30 razy masywniejsza od Słońca wybuchła. Materiał z eksplozji ciągle rozprzestrzenia się z prędkością 10 tys. km/s w postaci fali uderzeniowej, zagarniając otaczający gaz i pył.

Ziarna pyłu blokują połowę światła z gwiazd i galaktyk, ale te pyłowe obłoki mają za to też inną cechę, wypromieniowują skradzione światło z powrotem jako fale w podczerwieni i na falach sub-milimetrowych (o długości od 0.1 do 1 mm). Aby wykryć właśnie te fale, badacze użyli najsilniejszej kamery sub-milimetrowej SCUBA, będącej na wyposażeniu Teleskopu James Clerk Maxwell na Hawajach.

Kamera SCUBA ujawniła pyłową otoczkę wokół Kasjopei A o masie 1-4 razy większej od masy Słońca. Dr Steve Eales, również z uniwersytetu w Cardiff, mówi: "To jest ponad tysiąc razy więcej niż zdołano wykryć do tej pory! Kasjopeja A musi być wyjątkowo efektywna w tworzeniu pyłu z dostępnych jej elementów". Chociaż astronomowie od dawna szukali pyłu w pozostałościach po supernowych to używali jednak kamer w podczerwieni mogących wykryć jedynie ciepły pył. Pracująca na dłuższych, sub-milimetrowych falach kamera SCUBA umożliwia detekcję pyłu chłodniejszego, o temperaturze poniżej 25 kelwinów (-257oC).

W ostatnich latach dzięki SCUBA odkryto również duże ilości pyłu w galaktykach odległych o ponad 10 mld lat od Ziemi. Światło od nich leciało do nas tak długo, że widzimy je kiedy Wszechświat miał tylko miliard lat - mniej niż jedna dziesiąta jego obecnego wieku. Pochodzenie tego pyłu z przeszłości było zagadką. Astronomowie uważali, że pył pochodzi głównie z wiatru z chłodnych gwiazd w późnym stadium ich życia. Ale gwiazdy takie jak Słońce potrzebują około 9 mld lat aby osiągnąć ten stan, więc niemożliwe było utworzenie pyłu przez wiatr gwiazdowy w ciągu pierwszego miliarda lat istnienia Wszechświata. Pył tworzony szybko w supernowych rozwiązał wreszcie tę zagadkę.

Dr Rob Ivison z Astronomy Technology Centre w Edynburgu mówi: "W skalach astronomicznych masywne gwiazdy stają się supernowymi w mgnieniu oka, więc możemy teraz zrozumieć dlaczego wczesny Wszechświat jest tak bogaty w pył".

"Obserwacje te dają nam upragniony pierwszy wgląd w to, jak powstały pierwsze trwałe cząsteczki we Wszechświecie" - mówi Haley Morgan.

"Pył został zamieciony pod kosmiczny dywan - przez lata astronomowie uważali go za wielką niedogodność z powodu ukrywania światła gwiazd. Ale teraz odkryliśmy pył na krańcach Wszechświata, w pierwszych gwiazdach i galaktykach, i zrozumieliśmy naszą ignorancję, nie znaliśmy nawet jego pochodzenia. Teraz, z supernowymi jako fabrykami pyłu możemy wyjaśnić jak on powstał" - dodaje Loretta Dunne.

Powyższe doniesienie zostało opublikowane w czasopiśmie Nature, z 17. lipca 2003, Vol. 474, s.285.

19 lipca 2003
Źródło | oprac. Krzysztof T. Chyży

Liczba odsłon: 1215