Астрономы наконец-то нашли неопровержимые доказательства того, что первая пыль во Вселенной - небесное вещество, посеявшее будущие поколения звезд и планет, - образовалась в результате взрывов массивных звезд.
Выводы, сделанные с помощью космического телескопа НАСА «Спитцер», являются наиболее важным ключом к разгадке давней тайны происхождения пыли в нашей очень молодой Вселенной. Ученые подозревали, что первичным источником были взрывающиеся звезды или сверхновые звезды, но до сих пор никому не удавалось продемонстрировать, что они могут создавать большое количество пыли. Чувствительные инфракрасные детекторы Спитцера обнаружили пыль массой 10 000 земных масс в выброшенных остатках хорошо известного остатка сверхновой Кассиопеи А.
Теперь мы можем однозначно сказать, что пыль - и ее много - образовалась в результате взрыва Кассиопеи А. Это открытие стало возможным, потому что Кассиопея А находится в нашей собственной галактике, где она находится достаточно близко для изучения в деталях», - сказал Джонхи Ро из Научного центра НАСА «Спитцер» в Калифорнийском технологическом институте в Пасадене. Ро является ведущим автором нового отчета об открытии, опубликованного в выпуске Astrophysical Journal от 20 января.
Космическая пыль повсюду в космосе, в нашей собственной шее Вселенной и на всем протяжении миллиардов световых лет в нашей зарождающейся Вселенной. Развивающимся звездам нужна пыль, чтобы достаточно остыть, чтобы схлопнуться и воспламениться, в то время как планеты и живые существа состоят из порошкообразного вещества. В ближайшей к нам Вселенной пыль выбрасывают умирающие звезды, такие как наше Солнце. Но когда Вселенная была молода, солнцеподобные звезды не существовали достаточно долго, чтобы умереть и оставить пыль.
Вот где появляются сверхновые звезды. Эти сильные взрывы происходят, когда умирают самые массивные звезды во Вселенной. Поскольку массивные звезды живут недолго, теоретики пришли к выводу, что самые первые взорвавшиеся массивные звезды могли быть поставщиками неучтенной пыли. Эти первые звезды, называемые Населением III, являются единственными звездами, образовавшимися без пыли.
Другие объекты, помимо сверхновых, также могут способствовать образованию первой пыли во Вселенной. Спитцер недавно обнаружил доказательства того, что высокоэнергетические черные дыры, называемые квазарами, могут вместе со сверхновыми создавать пыль в своих ветрах.
Ро и ее коллеги проанализировали остаток сверхновой Кассопеи А, находящейся на расстоянии около 11 000 световых лет. Хотя этот остаток не относится к ранней Вселенной, его близость к нам облегчает решение вопроса о том, способны ли сверхновые синтезировать значительное количество пыли. Астрономы проанализировали инфракрасный свет, исходящий от Кассиопеи А, используя инфракрасный спектрограф Спитцера, который рассеивает свет, чтобы выявить признаки различных элементов и молекул.«Поскольку Spitzer чрезвычайно чувствителен к пыли, мы смогли составить карты пыли во всей структуре с высоким разрешением», - сказал Ро.
Карта показывает количество, местоположение и состав пыли остатков сверхновой, которая включает протосиликаты, диоксид кремния, оксид железа, пироксен, углерод, оксид алюминия и другие соединения. Одной из первых вещей, которую заметили астрономы, было то, что пыль идеально сочетается с газом или выбросами, которые, как известно, были выброшены при взрыве. Это дымящийся пистолет, указывающий на то, что пыль образовалась в выбросах звездного взрыва. «Пыль образуется через несколько сотен дней после этих энергетических взрывов, когда температура газа в выбросах падает», - сказал Такаши Кодзаса, соавтор из Университета Хоккайдо в Японии.
Команда была удивлена, обнаружив свежую пыль еще глубже внутри остатка. Эта более холодная пыль, смешанная с газом, называемая выбросом без шока, никогда раньше не наблюдалась.
Вся пыль вокруг остатка, как теплая, так и холодная, составляет примерно три процента массы Солнца, или 10 000 масс Земли. Этого как раз достаточно, чтобы объяснить, откуда взялась большая часть, но не вся, ранняя пыль Вселенной. «Возможно, по крайней мере часть необъяснимой части представляет собой гораздо более холодную пыль, которую можно было бы наблюдать с помощью новых телескопов, таких как Гершель», - сказала Хейли Гомес, соавтор из Университета Уэльса в Кардиффе. Космическая обсерватория Гершеля, запуск которой запланирован на 2008 год, является миссией Европейского космического агентства при значительном участии НАСА.
Ро также сказал, что необходимы дополнительные исследования других сверхновых от близких до далеких, чтобы решить этот вопрос. Она отмечает, что скорость, с которой пыль разрушается - фактор, определяющий, сколько пыли необходимо для объяснения пыльной ранней Вселенной - до сих пор плохо изучена.
Главным исследователем исследовательской программы и соавтором статьи является Лоуренс Рудник из Университета Миннесоты, Города-побратимы. Другие соавторы включают В. Т. Рича из Научного центра Спитцера; Дж. Д. Смит из обсерватории Стюарда, Тусон, Аризона; Т. Делани из Массачусетского технологического института, Кембридж; Дж. А. Эннис из Миннесотского университета; и А. Таппе из Научного центра Спитцера и Гарвард-Смитсоновского центра астрофизики, Кембридж, Массачусетс.