حقوق الصورة: هابل
يساعد مقال جديد نُشر في مجلة Nature على حل لغز قديم حول بعض الجسيمات الصلبة الأقدم في الكون. تم العثور على الغبار الساخن في الماضي ، ولكن الغبار الأكثر برودة كان غير مرئي في الغالب - حتى الآن. يبدو أن المستعرات الأعظمية فعالة للغاية في إنتاج الغبار الذي يشكل فيما بعد الكواكب والصخور والناس.
لقد اكتشفنا للتو أن بعض المستعرات الأعظمية لها عادات سيئة - فهي تتجنب كميات هائلة من الدخان ، المعروفة باسم الغبار الكوني. هذا يحل لغزًا قديمًا حول أصل الغبار الكوني ويشير إلى أن المستعرات الأعظمية ، التي تنفجر النجوم ، كانت مسؤولة عن إنتاج أول جزيئات صلبة في الكون.
المشتبه بهم الرئيسيون
السوبرنوفا هي الانفجارات العنيفة للنجوم التي تحدث في نهاية حياتهم. إنها تحدث كل 50 عامًا تقريبًا في مجرتنا وهناك نوعان رئيسيان - النوع الأول والثاني. النوع الثاني هو انفجارات النجوم الضخمة للغاية التي تزيد كتلتها عن 8 أضعاف كتلة الشمس (مسون). هذه النجوم "تعيش بسرعة - يموتون صغارًا" باستخدام وقود الهيدروجين والهيليوم في بضعة ملايين من السنين فقط ، أسرع آلاف المرات من حرق الشمس لوقودها. عندما يتم استنفاد إمداد الوقود ، يجب على النجم حرق العناصر الأثقل والأثقل حتى ، أخيرًا ، عندما لا يستطيع أن يبقي نفسه على قيد الحياة للأجزاء الداخلية من النجم تنهار لتشكيل نجم نيوتروني أو ثقب أسود ، والأجزاء الخارجية تتدلى ننطلق من الكارثة التي نسميها سوبرنوفا. إن الانفجار الهائل يجتاح الغاز المحيط في قشرة تلمع بالأشعة السينية والأطوال الموجية الضوئية والإذاعية وترسل موجات الصدمة عبر المجرة. تطلق المستعرات الأعظمية طاقة أكثر في لحظة واحدة مما ستنتجه الشمس طوال حياتها. إذا كان أقرب نجم ضخم ، Betelgeuse في كوكبة Orion ، سيذهب إلى مستعر أعظم ، فسيكون (لفترة قصيرة) أكثر إشراقًا من البدر.
شاشة الدخان الكونية
يتكون الغبار بين النجوم من جزيئات دقيقة من مادة صلبة تطفو في الفضاء بين النجوم - بأحجام عادة من دخان السجائر. إنها ليست مثل الغبار الذي ننظفه في منازلنا ، وفي الواقع الأرض عبارة عن كتلة عملاقة من الغبار الكوني! وهي مسؤولة عن حجب حوالي نصف جميع الضوء المنبعث من النجوم والمجرات وتؤثر بشدة على رؤيتنا للكون. على الرغم من ذلك ، تتمتع هذه السحابة المتربة ببطانة فضية ، حيث يمكن للفلكيين `` رؤية '' الغبار الذي يشع ضوء النجوم المسروق باستخدام كاميرات خاصة مصممة للعمل بأطوال موجية أطول ، في الأشعة تحت الحمراء (IR: 10 - 100 ميكرون) وما بعده ( مم الفرعية: 0.3 - 1 مم) جزء من الطيف الكهرومغناطيسي. تسمى إحدى هذه الكاميرات SCUBA وهي تقع على تلسكوب James Clerk Maxwell في هاواي. إن جهاز SCUBA عبارة عن جهاز تم بناؤه في المملكة المتحدة ويكتشف موجات الضوء بأطوال موجية أقل من مم ويمكنه رؤية الغبار في المكان الذي توجد فيه أبعد النجوم والمجرات.
البدايات المتربة
أظهرت الملاحظات الأخيرة مع SCUBA أن كمية كبيرة من الغبار موجودة في المجرات والكوازارات عندما كان الكون في 1/1 فقط من عمره الحالي ، قبل وقت طويل من تشكل الأرض والنظام الشمسي. إن وجود كل هذا الغبار في الكون البعيد له تأثير كبير على ما يستطيع الفلكيون رؤيته بواسطة تلسكوباتهم البصرية العملاقة ، حيث إنه يحد من كمية ضوء النجوم التي يمكن أن تهرب من مجرة بعيدة ويمكن رؤيتها على الأرض.
كان وجود الكثير من الجسيمات الصلبة في الكون في مثل هذا الوقت المبكر مفاجأة كبيرة لعلماء الفلك لأنهم اعتقدوا أن الغبار يتكون بشكل رئيسي في رياح باردة من النجوم العملاقة الحمراء قرب نهاية حياتهم. نظرًا لأن النجم يستغرق وقتًا طويلاً للوصول إلى هذه المرحلة في تطورها (ستستغرق الشمس حوالي 9 مليارات سنة) ، لم يكن هناك ببساطة وقت كافٍ لصنع الكثير من الغبار بهذه الطريقة.
"لقد جُرف الغبار تحت السجادة الكونية - لقد عالجها علماء الفلك لسنوات على أنها مصدر إزعاج بسبب الطريقة التي يخفي بها الضوء عن النجوم. ولكن بعد ذلك وجدنا أن هناك غبارًا على حافة الكون ، في أقرب النجوم والمجرات ، وأدركنا أننا كنا جاهلين حتى من أصله الأساسي "كما أوضح د.
تصنع المستعرات الأعظمية أيضًا كميات كبيرة من العناصر الثقيلة ، مثل الكربون والأكسجين ، وترميها في الفضاء بين النجوم. هذه هي العناصر التي تتكون منها أجسامنا ، ولأنها أيضًا العناصر التي تتكون منها حبيبات الغبار ، فإن المستعرات الأعظمية كانت منذ فترة طويلة مشتبهًا رئيسيًا في سر أصل الغبار الكوني. نظرًا لأن النجوم الأكثر ضخامة لا تستغرق سوى بضعة ملايين من السنين للوصول إلى نهاية الحياة والانفجار على أنها مستعرات أعظمية ، فيمكنها صنع الغبار بسرعة كافية لتفسير ما يُرى في الكون المبكر. ومع ذلك ، حتى عمل هذا الفريق ، لم يتم العثور إلا على كميات صغيرة من الغبار في المستعرات الأعظمية - تاركًا الفلكيين بمسدس تدخين ولكن لا يوجد "دخان"
قالت هايلي مورغان ، طالبة دكتوراه في كارديف ، "إذا كانت المستعرات الأعظمية غبارًا فعالًا" فإن المصانع ستنتج كل منها أكثر من كتلة الشمس في الغبار.
وأضاف الدكتور روب إفيسون من المرصد الملكي في إدنبرة: "مع تطور النجوم الضخمة لتصبح مستعرات أعظم في غمضة عين بالمعايير الفلكية ، يمكنهم بسهولة تفسير سبب ظهور الكون المبكر متربًا للغاية".
سوبرنوفا سليوثس
استخدم فريق من كارديف وإدنبره SCUBA للبحث عن الانبعاثات من الغبار في بقايا مستعر أعظم حديث. Cassiopeia A هي بقايا مستعر أعظم حدث منذ حوالي 320 عامًا. تقع في كوكبة Cassiopeia ، على بعد 11000 سنة ضوئية من الأرض وعلى بعد حوالي 10 سنوات ضوئية. Cas A هو مصدر الراديو الأكثر سطوعًا في السماء ، لذا فقد تم دراسته جيدًا عند العديد من الأطوال الموجية من الأشعة الضوئية إلى الأشعة السينية. تظهر الصور أدناه Cas A في الأشعة السينية والبصرية والأشعة تحت الحمراء والراديو. تتبع الأشعة السينية الغاز الساخن حقًا (10 مليون درجة كلفن) والمواد الأخرى الأطول الموجية النزرة عند: 10 آلاف درجة (بصري) والغبار الساخن عند 100 كلفن (IR) وإلكترونات عالية الطاقة (راديو).
على الرغم من أن الفلكيين كانوا يبحثون عن الغبار في بقايا السوبرنوفا لعقود ، إلا أنهم استخدموا أدوات يمكنها فقط اكتشاف الغبار الدافئ تمامًا ، مثل تلك الموجودة في صورة الأشعة تحت الحمراء ISO أعلاه. تتمتع SCUBA بالميزة هنا لأنها قادرة على رؤية الغبار شديد البرودة وهذا لأنه يعمل على أطوال موجية أطول من مم.
"بنفس الطريقة التي يمكنك من خلالها رؤية بوكر حديدي يتوهج فقط عندما يكون حريقًا ، يمكنك فقط رؤية الغبار بكاميرات الأشعة تحت الحمراء عندما يكون أكثر دفئًا من حوالي 25 كلفن ، ولكن يمكن لـ SCUBA رؤيته عندما يكون أكثر برودة أيضًا" شرح الدكتور ستيف إليس ، القارئ في الفيزياء الفلكية بجامعة كارديف.
الدليل الثابت البارد
وجدت SCUBA كمية كبيرة من الغبار في بقايا Cas A ، 1-4 أضعاف كتلة الشمس! هذا أكثر من 1000 مرة مما شوهد من قبل. وهذا يعني أن Cas A كانت فعالة جدًا في تكوين الغبار من العناصر المتاحة. درجة حرارة الغبار منخفضة للغاية ، فقط 18 كلفن (-257 درجة مئوية) ، وهذا هو السبب في أنه لم يسبق رؤيته من قبل. فيما يلي صورتان مم من Cas A عند 850 و 450 ميكرون تم التقاطهما باستخدام SCUBA. يمكنك أن ترى أن الصورة اليسرى تشبه إلى حد ما الراديو أعلاه ، وذلك لأن الإلكترونات عالية الطاقة التي تجعل الصورة الراديوية تنبعث أيضًا بعض طاقتها عند أطوال موجية أقصر قليلاً - مما يلوث انبعاث الطبقة الفرعية عند 850 ميكرون. تبلغ الصورة الوسطى 450 ميكرون حيث يكون التلوث أقل بكثير ، وبالتالي فإن معظم هذا الانبعاث من الغبار البارد. إذا أزلنا التلوث نحصل على صورة مختلفة (يمين). يتم رؤية كل الغبار في النصف السفلي من البقايا وتبدو الصورتان الفرعيتان الآن أكثر تشابهًا!
850 ميكرون بدون تلوث راديوي
وعلق البروفيسور مايك إدموندز ، رئيس كلية الفيزياء وعلم الفلك في: "اللغز هو كيف يمكن أن يبقى الغبار باردًا جدًا عندما نعلم أن هناك غازًا يزيد عن مليون درجة من إشعاع الأشعة السينية التي يطلقها". كارديف.
يحتوي الغبار أيضًا على خصائص مختلفة للنوع "اليومي" من الغبار في مجرة درب التبانة والمجرات الأخرى - من الأفضل أن "يلمع" في المنطقة الفرعية ، ربما لأنه لا يزال صغيرًا جدًا وبكرًا نسبيًا. إذا كانت جميع المستعرات الأعظمية فعالة في صنع الغبار ، فستكون أكبر "مصانع" للغبار في المجرة. توفر المستعرات الأعظمية للتدخين حلاً لغموض كميات الغبار الضخمة التي شوهدت في بدايات الكون.
قالت هالي مورغان: "تعطينا هذه الملاحظات لمحة محيرة عن كيفية إنشاء الجسيمات الصلبة الأولى في الكون".
المصدر الأصلي: بيان صحفي من جامعة كارديف
