เครดิตภาพ: ฮับเบิล
บทความใหม่ที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature ช่วยสร้างความลึกลับมาเป็นเวลานานเกี่ยวกับอนุภาคของแข็งที่เก่าแก่ที่สุดในจักรวาล ในอดีตเคยพบฝุ่นร้อน แต่ฝุ่นที่เย็นกว่านั้นมองไม่เห็น - จนถึงปัจจุบัน ปรากฏว่าซุปเปอร์โนวามีประสิทธิภาพอย่างมากในการผลิตฝุ่นที่ก่อตัวเป็นดาวเคราะห์หินและผู้คนในภายหลัง
เราเพิ่งค้นพบว่าซุปเปอร์โนวาบางตัวมีนิสัยไม่ดี - พวกมันได้ปลดปล่อยควันจำนวนมากออกมาซึ่งเรียกกันว่าฝุ่นคอสมิค สิ่งนี้แก้ปริศนาอันยาวนานเหนือจุดกำเนิดของฝุ่นจักรวาลและแสดงให้เห็นว่าซุปเปอร์โนวาซึ่งกำลังก่อตัวดาวฤกษ์มีหน้าที่ผลิตอนุภาคของแข็งแห่งแรกในจักรวาล
ผู้ต้องสงสัยสำคัญ
ซุปเปอร์โนวาคือการระเบิดอย่างรุนแรงของดวงดาวที่เกิดขึ้นในช่วงสุดท้ายของชีวิต มันเกิดขึ้นทุก ๆ 50 ปีหรือมากกว่านั้นใน Galaxy ของเราและมีสองประเภทหลักคือ Type Ia และ II Type II เป็นการระเบิดของดาวมวลสูงมากซึ่งมีมวลมากกว่า 8 เท่ามวลดวงอาทิตย์ (Msun) ดาวเหล่านี้เป็น 'ชีวิตที่รวดเร็ว - เด็กน้อย' ใช้ไฮโดรเจนและเชื้อเพลิงฮีเลียมของพวกเขาในเวลาเพียงไม่กี่ล้านปีเร็วกว่าดวงอาทิตย์หลายพันเท่าที่เผาไหม้เป็นเชื้อเพลิง เมื่อการจัดหาเชื้อเพลิงหมดดาวฤกษ์จะต้องเผาองค์ประกอบที่หนักและหนักขึ้นจนในที่สุดเมื่อมันไม่สามารถทำอะไรได้อีกต่อไปเพื่อให้ตัวเองมีชีวิตอยู่ส่วนภายในของดาวล่มสลายเพื่อก่อตัวเป็นดาวนิวตรอนหรือหลุมดำ ในหายนะที่เราเรียกว่าซูเปอร์โนวา การระเบิดครั้งใหญ่ทำให้ก๊าซรอบ ๆ กลายเป็นเปลือกซึ่งส่องรังสีเอกซ์แสงและคลื่นวิทยุและส่งคลื่นกระแทกผ่านกาแลคซี ซุปเปอร์โนวาปล่อยพลังงานมากขึ้นในเวลาเดียวมากกว่าที่ดวงอาทิตย์จะสร้างตลอดเวลา หากดาวมวลสูงที่อยู่ใกล้ที่สุดเบเทลเจสเซ่ในกลุ่มดาวนายพรานกำลังจะไปซุปเปอร์โนวามันจะสว่างกว่าพระจันทร์เต็มดวงในช่วงเวลาสั้น ๆ
The Cosmic Smoke-Screen
ฝุ่นระหว่างดวงดาวประกอบด้วยอนุภาคของแข็งขนาดเล็กที่ลอยอยู่ในอวกาศระหว่างดาวฤกษ์ - โดยทั่วไปแล้วขนาดของควันบุหรี่ มันไม่เหมือนกับฝุ่นที่เราทำความสะอาดในบ้านของเราและในความเป็นจริงโลกเป็นก้อนฝุ่นขนาดใหญ่ของจักรวาล! มันมีหน้าที่รับผิดชอบในการปิดกั้นแสงที่ปล่อยออกมาจากดาวฤกษ์และกาแล็กซี่ประมาณครึ่งหนึ่งและส่งผลกระทบอย่างลึกซึ้งต่อมุมมองของเราเกี่ยวกับจักรวาล เมฆ 'ฝุ่น' นี้มีซับในสีเงิน แต่เนื่องจากนักดาราศาสตร์สามารถเห็นฝุ่นที่ส่องแสงดาวที่ถูกขโมยโดยใช้กล้องพิเศษที่ออกแบบมาเพื่อทำงานในช่วงความยาวคลื่นที่ยาวนานขึ้นใน Infra-Red (IR: 10 - 100 ไมครอน) และ Submillimeter ( sub-mm: 0.3 - 1 มม.) เป็นส่วนหนึ่งของสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า หนึ่งกล้องดังกล่าวเรียกว่า SCUBA และตั้งอยู่บนกล้องโทรทรรศน์ James Clerk Maxwell ในฮาวาย SCUBA เป็นเครื่องมือที่สร้างขึ้นในสหราชอาณาจักรซึ่งตรวจจับคลื่นแสงในช่วงความยาวคลื่นย่อยและสามารถมองเห็นฝุ่นละอองออกไปตรงจุดที่พบดาวและกาแล็กซี่ไกลที่สุด
จุดเริ่มต้นฝุ่น
การสำรวจล่าสุดกับ SCUBA แสดงให้เห็นว่ามีฝุ่นจำนวนมากในกาแลคซีและควาซาร์เมื่อเอกภพมีอายุเพียง 1 ใน 10 ของอายุปัจจุบันก่อนที่โลกและระบบสุริยะจะก่อตัวขึ้น การปรากฏตัวของฝุ่นละอองทั้งหมดในเอกภพอันห่างไกลมีผลกระทบอย่างมากต่อสิ่งที่นักดาราศาสตร์สามารถมองเห็นด้วยกล้องโทรทรรศน์ออปติกยักษ์เนื่องจากมัน จำกัด ปริมาณของแสงดาวที่สามารถหลบหนีจากกาแลคซีไกลโพ้น
การที่มีอนุภาคของแข็งจำนวนมากในเอกภพในช่วงแรกนั้นเป็นความประหลาดใจอย่างมากต่อนักดาราศาสตร์เนื่องจากพวกเขาเชื่อว่าฝุ่นส่วนใหญ่เกิดขึ้นในลมเย็นจากดาวยักษ์แดงใกล้จะสิ้นสุดชีวิตของพวกเขา เนื่องจากดวงดาวใช้เวลานานในการวิวัฒนาการมาถึงดาวดวงนี้ (ดวงอาทิตย์จะใช้เวลาประมาณ 9 พันล้านปี) จึงมีเวลาไม่เพียงพอที่ฝุ่นจะถูกสร้างขึ้นในลักษณะนี้
‘ฝุ่นถูกพัดเข้าใต้พรมจักรวาล - เป็นเวลาหลายปีที่นักดาราศาสตร์มองว่ามันเป็นสิ่งที่น่ารำคาญเพราะมันซ่อนแสงจากดวงดาว แต่จากนั้นเราพบว่ามีฝุ่นอยู่ตรงขอบจักรวาลในดวงดาวและกาแล็กซี่ที่เก่าแก่ที่สุดและเราก็รู้ว่าเราไม่รู้แม้แต่ต้นกำเนิดพื้นฐานของมันดร. ดันน์อธิบาย
ซุปเปอร์โนวายังสร้างธาตุหนักจำนวนมากเช่นคาร์บอนและออกซิเจนและโยนมันออกไปสู่อวกาศระหว่างดวงดาว เหล่านี้เป็นองค์ประกอบที่ประกอบขึ้นเป็นร่างกายของเราและเนื่องจากเป็นองค์ประกอบที่ประกอบขึ้นเป็นฝุ่นละอองซูเปอร์โนวาจึงเป็นผู้ต้องสงสัยชั้นแนวหน้าในความลึกลับของกำเนิดฝุ่นจักรวาล เนื่องจากใช้เวลาเพียงไม่กี่ล้านปีในการที่ดาวมวลสูงที่สุดจะไปถึงจุดจบของชีวิตและระเบิดเป็นซุปเปอร์โนวาพวกมันอาจทำให้ฝุ่นเร็วพอที่จะอธิบายสิ่งที่เห็นได้ในเอกภพยุคแรก อย่างไรก็ตามจนถึงการทำงานของทีมนี้มีเพียงฝุ่นเล็ก ๆ จำนวนหนึ่งที่ถูกค้นพบในซุปเปอร์โนวาโดยปล่อยให้นักดาราศาสตร์ด้วยปืนสูบบุหรี่ แต่ไม่มี "ควัน"
Haley Morgan นักศึกษาปริญญาเอกที่คาร์ดิฟฟ์กล่าวว่า "ถ้าซุปเปอร์โนวาเป็นฝุ่น 'โรงงาน' ที่มีประสิทธิภาพพวกเขาแต่ละคนจะผลิตมากกว่ามวลของดวงอาทิตย์ด้วยฝุ่น '
‘เมื่อดาวมวลสูงวิวัฒนาการกลายเป็นซุปเปอร์โนวาในพริบตาตามมาตรฐานทางดาราศาสตร์พวกเขาสามารถอธิบายได้อย่างง่ายดายว่าเหตุใดจักรวาลในยุคแรกจึงดูเหมือนว่ามีฝุ่นมาก Dr Rob Ivison จาก Royal Observatory Edinburgh เพิ่ม
นักสืบซูเปอร์โนวา
ทีมจากคาร์ดิฟฟ์และเอดินเบิร์กใช้ SCUBA เพื่อค้นหาการปลดปล่อยจากฝุ่นละอองในซากของซูเปอร์โนวาเมื่อเร็ว ๆ นี้ Cassiopeia A เป็นเศษซากของซุปเปอร์โนวาที่เกิดขึ้นเมื่อประมาณ 320 ปีที่แล้ว มันตั้งอยู่ในกลุ่มดาว Cassiopeia 11,000 ปีแสงจากโลกและประมาณ 10 ปีแสง Cas A เป็นแหล่งกำเนิดคลื่นวิทยุที่สว่างที่สุดในท้องฟ้าดังนั้นจึงได้รับการศึกษาอย่างดีในช่วงความยาวคลื่นหลายแห่งตั้งแต่ออปติคัลจนถึงเอกซเรย์ ภาพด้านล่างแสดง Cas A ใน X-rays, ออปติคัล, อินฟาเรดและวิทยุ รังสีเอกซ์ติดตามก๊าซร้อน (10 ล้านองศาเคลวิน) และความยาวคลื่นอื่น ๆ ติดตามวัตถุที่: 10,000 องศา (ออปติคัล) ฝุ่นร้อนที่ 100 K (IR) และอิเล็กตรอนพลังงานสูง (วิทยุ)
แม้ว่านักดาราศาสตร์จะค้นหาฝุ่นในซูเปอร์โนวาที่ถูกทิ้งไว้เป็นเวลาหลายสิบปี แต่พวกเขาก็ใช้เครื่องมือที่สามารถตรวจจับฝุ่นที่ค่อนข้างอบอุ่นเช่นในภาพ ISO infra-red ด้านบน SCUBA มีข้อได้เปรียบที่นี่เพราะสามารถมองเห็นฝุ่นที่เย็นมากและนี่เป็นเพราะมันทำงานในช่วงความยาวคลื่นต่ำกว่ามิลลิเมตร
'ในแบบเดียวกับที่คุณเห็นเพียงโป๊กเกอร์เหล็กที่ส่องประกายเมื่ออยู่ในกองไฟคุณสามารถเห็นฝุ่นด้วยกล้องอินฟาเรดเมื่อมันอุ่นกว่าประมาณ 25 เคลวิน แต่ SCUBA สามารถมองเห็นได้เมื่อมันเย็นเกินไป' Dr Steve Eales ผู้อ่านในฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์อธิบาย
หลักฐานฮาร์ดเย็น
SCUBA พบฝุ่นจำนวนมากในซากของ Cas A ซึ่งมากกว่ามวลดวงอาทิตย์ 1-4 เท่า! นี่คือมากกว่า 1,000 ครั้งมากกว่าที่เคยเห็นมาก่อน ซึ่งหมายความว่า Cas A นั้นมีประสิทธิภาพมากในการสร้างฝุ่นจากองค์ประกอบที่มีอยู่ อุณหภูมิของฝุ่นต่ำมากเพียง 18 เคลวิน (-257 องศาเซลเซียส) และนี่คือเหตุผลที่ไม่เคยเห็นมาก่อน ด้านล่างนี้คือรูปภาพขนาดย่อยสองมม. ของ Cas A ที่ 850 และ 450 ไมครอนที่ถ่ายด้วย SCUBA คุณจะเห็นได้ว่าภาพซ้ายดูเหมือนวิทยุดังภาพด้านบนและนี่เป็นเพราะอิเล็กตรอนพลังงานสูงซึ่งทำให้ภาพวิทยุเปล่งพลังงานบางส่วนที่ความยาวคลื่นสั้นกว่าเล็กน้อย - ปนเปื้อนการแผ่รังสีย่อยที่ 850 ไมครอน ภาพกลางอยู่ที่ 450 ไมครอนซึ่งการปนเปื้อนนั้นต่ำกว่ามากและการปล่อยส่วนใหญ่มาจากฝุ่นเย็น หากเราลบการปนเปื้อนเราจะได้ภาพที่แตกต่าง (ขวา) เห็นฝุ่นทั้งหมดในครึ่งล่างของส่วนที่เหลือและภาพย่อยสองภาพตอนนี้ดูคล้ายกันมากขึ้น!
850 ไมครอนโดยไม่มีการปนเปื้อนของวิทยุ
'ปริศนาคือฝุ่นยังคงเย็นอยู่ได้อย่างไรเมื่อเรารู้ว่ามีก๊าซอยู่มากกว่าล้านองศาจากการแผ่รังสีเอกซ์ที่มันปล่อยออกไป' ศาสตราจารย์ไมค์เอ็ดมุนด์หัวหน้าโรงเรียนฟิสิกส์และดาราศาสตร์แสดงความคิดเห็น คาร์ดิฟฟ์
ฝุ่นยังมีคุณสมบัติที่แตกต่างกันไปกับฝุ่นแบบ 'ทุกวัน' ในทางช้างเผือกและกาแลคซีอื่น ๆ - มันจะดีกว่าที่ 'ส่องแสง' ในช่วงย่อยบางทีอาจเป็นเพราะยังอายุน้อยและค่อนข้างเก่า หากซุปเปอร์โนวาทั้งหมดนี้มีประสิทธิภาพในการสร้างฝุ่นพวกมันจะเป็น 'โรงงาน' ที่ใหญ่ที่สุดในกาแล็กซี่ ซุปเปอร์โนวาสูบบุหรี่เป็นทางออกสำหรับความลึกลับของฝุ่นจำนวนมหาศาลที่มองเห็นได้ในเอกภพยุคแรก
observ การสังเกตเหล่านี้ทำให้เราเห็นแวบเดียวว่าอนุภาคของแข็งตัวแรกในจักรวาลถูกสร้างขึ้นมาอย่างไร Haley Morgan กล่าว
แหล่งที่มาดั้งเดิม: ข่าวมหาวิทยาลัยคาร์ดิฟฟ์
