رصيد الصورة: هابل
يساعد مقال جديد نُشر في مجلة Nature في تسوية لغز قديم حول بعض أقدم الجسيمات الصلبة في الكون. من خلال قياس بقايا المستعر الأعظم ذات الكرسي A باستخدام تلسكوب SCUBA الدقيق للغاية ، تمكن علماء الفلك من اكتشاف كميات هائلة من الغبار الكوني تحت -257 درجة مئوية. 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 والأشخاص.
لقد اكتشفنا للتو أن بعض المستعرات الأعظمية لها عادات سيئة - فهي تطلق كميات هائلة من الدخان ، والمعروفة باسم الغبار الكوني. هذا يحل لغزًا قديمًا حول أصل الغبار الكوني ويقترح أن المستعرات الأعظمية ، التي هي نجوم متفجرة ، كانت مسؤولة عن إنتاج أول جسيمات صلبة في الكون.
رئيس المشتبه بهم
المستعرات الأعظمية هي الانفجارات العنيفة للنجوم التي تحدث في نهاية حياتهم. تحدث كل 50 عامًا تقريبًا في مجرتنا وهناك نوعان رئيسيان - النوع الأول أ والثاني. النوع الثاني هو انفجارات النجوم الضخمة بكتلة تفوق 8 أضعاف كتلة الشمس (مسون). هذه النجوم 'تعيش بسرعة - تموت صغارًا' تستخدم وقودها من الهيدروجين والهيليوم في بضعة ملايين من السنين فقط ، أسرع بآلاف المرات من حرق الشمس لوقودها. عندما يتم استنفاد مصدر الوقود ، يجب أن يحرق النجم عناصر أثقل وأثقل حتى ، أخيرًا ، عندما لا يستطيع فعل المزيد لإبقاء نفسه على قيد الحياة ، تنهار الأجزاء الداخلية للنجم لتشكيل نجم نيوتروني أو ثقب أسود ، ويتم قذف الأجزاء الخارجية في الكارثة نسميها سوبرنوفا. يكتسح الانفجار الهائل الغاز المحيط في غلاف يضيء بأطوال موجات الأشعة السينية والبصرية والراديو ، ويرسل موجات صدمة عبر المجرة. تطلق المستعرات الأعظمية طاقةً في لحظة واحدة أكثر مما ستنتجه الشمس طوال حياتها. إذا كان أقرب نجم ضخم ، منكب الجوزاء في كوكبة الجبار ، سيذهب إلى مستعر أعظم ، فسيكون (لفترة قصيرة) أكثر إشراقًا من البدر.
شاشة الدخان الكونية
يتكون الغبار البينجمي من جزيئات صغيرة من مادة صلبة تطفو في الفضاء بين النجوم - بأحجام نموذجية مثل دخان السجائر. إنه ليس مثل الغبار الذي ننظفه في منازلنا ، وفي الحقيقة الأرض عبارة عن كتلة عملاقة من الغبار الكوني! إنه مسؤول عن حجب حوالي نصف الضوء المنبعث من النجوم والمجرات ويؤثر بشكل عميق على نظرتنا للكون. هذه السحابة 'المغبرة' لها جانب فضي ، حيث يمكن لعلماء الفلك أن `` يروا '' الغبار الذي يشع ضوء النجوم المسروق باستخدام كاميرات خاصة مصممة للعمل بأطوال موجية أطول ، في الأشعة تحت الحمراء (الأشعة تحت الحمراء: 10 - 100 ميكرون) والمقاييس الفرعية ( sub-mm: 0.3 - 1mm) جزء من الطيف الكهرومغناطيسي. تسمى إحدى هذه الكاميرات SCUBA وهي موجودة على تلسكوب جيمس كليرك ماكسويل في هاواي. SCUBA هي أداة صنعت في المملكة المتحدة تكشف عن موجات الضوء عند أطوال موجية أقل من مم ويمكنها رؤية الغبار مباشرة إلى حيث توجد النجوم والمجرات الأبعد.
بدايات متربة
أظهرت الملاحظات الأخيرة مع SCUBA وجود كمية هائلة من الغبار في المجرات والكوازارات عندما كان الكون لا يتجاوز 1/10 من عمره الحالي ، قبل وقت طويل من تشكل الأرض والنظام الشمسي. وجود كل هذا الغبار في الكون البعيد له تأثير كبير على ما يستطيع علماء الفلك رؤيته بتلسكوباتهم الضوئية العملاقة ، حيث 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 تشكل أساسًا في الرياح الباردة من النجوم العملاقة الحمراء قرب نهاية حياتهم. نظرًا لأن النجم يستغرق وقتًا طويلاً للوصول إلى هذه المرحلة من تطوره (ستستغرق الشمس حوالي 9 مليارات سنة) ، لم يكن هناك وقتًا كافيًا لتكوين الكثير من الغبار بهذه الطريقة.
'لقد جُرف الغبار تحت السجادة الكونية - لطالما عامله علماء الفلك على أنه مصدر إزعاج بسبب الطريقة التي يخفي بها الضوء عن النجوم. لكن بعد ذلك وجدنا أن هناك غبارًا على حافة الكون ، في أقدم النجوم والمجرات ، وأدركنا أننا كنا جاهلين حتى بأصله الأساسي.
تصنع المستعرات الأعظمية أيضًا كميات كبيرة من العناصر الثقيلة ، مثل الكربون والأكسجين ، وتلقي بها في الفضاء بين النجوم. هذه هي العناصر التي تتكون منها أجسامنا ، وبما أنها أيضًا العناصر التي تتكون منها حبيبات الغبار ، فإن المستعرات الأعظمية لطالما كانت المشتبه الرئيسي في لغز أصل الغبار الكوني. نظرًا لأن الأمر لا يستغرق سوى بضعة ملايين من السنين حتى تصل النجوم الأكثر ضخامة إلى نهاية حياتها وتنفجر على شكل مستعرات أعظم ، فيمكنها تكوين الغبار بسرعة كافية لتفسير ما شوهد في بدايات الكون. ومع ذلك ، حتى عمل هذا الفريق ، تم العثور على كميات صغيرة فقط من الغبار في المستعرات الأعظمية - مما ترك علماء الفلك مع مسدس دخان ولكن بدون 'دخان'
قالت هالي مورغان ، طالبة دكتوراه في كارديف ، 'إذا كانت المستعرات الأعظمية' مصانع غبار 'فعالة لكان كل منها ينتج أكثر من كتلة الشمس في الغبار'.
وأضاف الدكتور روب إيفيسون من المرصد الملكي في إدنبرة: 'مع تطور النجوم الضخمة لتصبح مستعرات أعظم في غمضة عين وفقًا للمعايير الفلكية ، يمكنهم بسهولة تفسير سبب ظهور الكون المبكر بالغبار'.
مستعر أعظم
استخدم الفريق من كارديف وإدنبرة جهاز التنفس تحت الماء (SCUBA) للبحث عن انبعاثات الغبار في بقايا مستعر أعظم حديث. Cassiopeia A هي بقايا مستعر أعظم حدث منذ حوالي 320 عامًا. يقع في كوكبة ذات الكرسي ، على بعد 11000 سنة ضوئية من الأرض ويبعد حوالي 10 سنوات ضوئية. Cas A هو ألمع مصدر راديو في السماء ، لذلك تمت 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 ملايين درجة كلفن) ، وتتتبع الأطوال الموجية الأخرى المواد عند: 10 آلاف درجة (بصري) ، والغبار الساخن عند 100 كلفن (IR) وإلكترونات عالية الطاقة (راديو).
على الرغم من أن علماء الفلك كانوا يبحثون عن الغبار في بقايا المستعر الأعظم لعقود من الزمن ، فقد استخدموا أدوات يمكنها فقط اكتشاف الغبار الذي كان دافئًا تمامًا ، مثل ذلك الموجود في صورة ISO بالأشعة تحت الحمراء أعلاه. تتمتع SCUBA بميزة هنا لأنها قادرة على رؤية الغبار شديد البرودة وهذا لأنه يعمل بأطوال موجية أقل من مم.
'بنفس الطريقة التي يمكنك من خلالها رؤية لعبة البوكر الحديدي تتوهج فقط عندما تكون في حريق ، يمكنك فقط رؤية الغبار بكاميرات الأشعة تحت الحمراء عندما يكون الجو أكثر دفئًا من حوالي 25 كلفن ، ولكن جهاز التنفس تحت الماء يمكنه رؤيته عندما يكون الجو أكثر برودة أيضًا' أوضح الدكتور ستيف إيلز ، أستاذ الفيزياء الفلكية بجامعة كارديف.
أدلة صلبة باردة
اكتشف جهاز التنفس تحت الماء (SCUBA) كمية كبيرة من الغبار في بقايا كاس أ ، أي 1-4 مرات أكثر من كتلة الشمس! هذا هو أكثر من 1000 مرة أكثر مما شوهد من قبل. هذا يعني أن Cas A كان فعالًا للغاية في تكوين الغبار من العناصر المتاحة. درجة حرارة الغبار منخفضة للغاية ، 18 كلفن فقط (-257 درجة مئوية) ، وهذا هو السبب في أنه لم يسبق له مثيل من قبل. فيما يلي صورتان دون مم لـ Cas A عند 850 و 450 ميكرون تم التقاطها باستخدام SCUBA. يمكنك أن ترى أن الصورة اليسرى تشبه إلى حد ما الراديو أعلاه ، وذلك لأن الإلكترونات عالية الطاقة التي تجعل صورة الراديو تنبعث أيضًا من بعض طاقتها بأطوال موجية أقصر قليلاً - تلوث انبعاث sub mm عند 850 ميكرون. الصورة الوسطى تبلغ 450 ميكرون حيث يكون التلوث أقل بكثير ، وبالتالي فإن معظم هذا الانبعاث ناتج عن الغبار البارد. إذا أزلنا التلوث ، نحصل على صورة مختلفة (يمين). شوهد كل الغبار في النصف السفلي من البقايا وتبدو الصورتان أقل من مم الآن أكثر تشابهًا!
850 ميكرون بدون تلوث لاسلكي
علق البروفيسور مايك إدموندز ، رئيس كلية الفيزياء وعلم الفلك في كارديف.
يحتوي الغبار أيضًا على خصائص مختلفة عن النوع 'اليومي' للغبار في مجرة درب التبانة والمجرات الأخرى - فهو أفضل في 'السطوع' في أقل من ملم ، ربما لأنه لا يزال صغيرًا جدًا وبكرًا نسبيًا. إذا كانت جميع المستعرات الأعظمية بهذه الكفاءة في صنع الغبار ، فستكون أكبر 'مصانع' الغبار في المجرة. يوفر تدخين المستعرات الأعظمية حلاً لغموض الكميات الهائلة من الغبار التي شوهدت في بدايات الكون.
قالت هالي مورغان: 'تعطينا هذه الملاحظات لمحة محيرة عن كيفية تكوين الجسيمات الصلبة الأولى في الكون'.
المصدر الأصلي: بيان صحفي لجامعة كارديف