Kredit gambar: Hubble
Artikel baru yang diterbitkan dalam jurnal Nature membantu menyelesaikan misteri lama mengenai beberapa zarah pepejal terawal di Alam Semesta. Habuk panas telah dijumpai pada masa lalu, tetapi habuk yang sejuk kebanyakannya tidak dapat dilihat - hingga sekarang. Nampaknya supernova sangat cekap menghasilkan habuk yang kemudian membentuk planet, batu, dan manusia.
Kami baru sahaja mengetahui bahawa beberapa supernova mempunyai tabiat buruk - mereka mengeluarkan asap dalam jumlah besar, yang dikenali sebagai habuk kosmik. Ini menyelesaikan misteri lama mengenai asal usul debu kosmik dan menunjukkan bahawa supernova, yang merupakan bintang yang meletup, bertanggungjawab menghasilkan zarah padat pertama di Alam Semesta.
Suspek Perdana
Supernova adalah letupan bintang yang ganas yang berlaku pada akhir hayatnya. Ia berlaku kira-kira setiap 50 tahun di Galaxy kami dan terdapat dua jenis utama - Jenis Ia dan II. Jenis II adalah letupan bintang yang sangat besar dengan jisim lebih besar daripada 8 kali jisim Matahari (Msun). Bintang-bintang ini ‘hidup cepat - mati muda’ menggunakan bahan bakar hidrogen dan helium mereka hanya dalam beberapa juta tahun, ribuan kali lebih cepat daripada Matahari membakar bahan bakarnya. Apabila bekalan bahan api habis, bintang mesti membakar unsur-unsur yang lebih berat dan lebih berat sehingga, akhirnya, ketika ia tidak dapat melakukan apa-apa lagi untuk memastikan dirinya terus hidup bahagian dalam bintang itu runtuh untuk membentuk bintang neutron atau Lubang Hitam, dan bahagian luarnya dilemparkan mati dalam bencana yang kita namakan supernova. Letupan besar itu menyapu gas di sekitarnya menjadi cangkang yang bersinar pada panjang gelombang sinar-X, optik dan radio, dan mengirimkan gelombang kejutan melalui galaksi. Supernova melepaskan lebih banyak tenaga dalam sekejap daripada yang akan dihasilkan oleh Matahari sepanjang hayatnya. Sekiranya bintang besar terdekat, Betelgeuse di buruj Orion, pergi ke supernova, ia (untuk waktu yang singkat) akan lebih cerah daripada bulan purnama.
Skrin Asap Kosmik
Debu antarbintang terdiri daripada zarah-zarah kecil bahan pepejal yang terapung di ruang antara bintang - dengan ukuran biasanya asap rokok. Ia tidak sama dengan debu yang kita bersihkan di rumah kita, dan sebenarnya Bumi adalah sebilangan besar debu kosmik! Ini bertanggungjawab untuk menyekat kira-kira separuh dari semua cahaya yang dipancarkan dari bintang dan galaksi dan sangat mempengaruhi pandangan kita tentang Alam Semesta. Awan 'berdebu' ini memiliki lapisan perak, kerana para astronom dapat melihat 'debu yang memancarkan cahaya bintang yang dicuri menggunakan kamera khas yang dirancang untuk bekerja pada panjang gelombang yang lebih panjang, di Infra-Merah (IR: 10 - 100 mikron) dan Submillimeter ( sub-mm: 0.3 - 1mm) bahagian spektrum elektromagnetik. Salah satu kamera tersebut dipanggil SCUBA dan ia terletak di Teleskop James Clerk Maxwell di Hawaii. SCUBA adalah instrumen buatan Inggeris yang mengesan gelombang cahaya pada panjang gelombang sub-mm dan dapat melihat debu tepat ke tempat bintang dan galaksi terjauh dijumpai.
Permulaan Berdebu
Pemerhatian baru-baru ini dengan SCUBA telah menunjukkan bahawa sejumlah besar debu wujud di galaksi dan kuasar ketika Alam Semesta hanya 1/10 dari zaman sekarang, jauh sebelum Bumi dan sistem suria terbentuk. Kehadiran semua habuk ini di Alam Semesta yang jauh mempunyai kesan yang besar terhadap apa yang dapat dilihat oleh para astronom dengan teleskop optik gergasi mereka, kerana ia menghadkan jumlah cahaya bintang yang dapat melarikan diri dari galaksi yang jauh dan dapat dilihat di Bumi.
Bahawa terdapat begitu banyak zarah pepejal di Alam Semesta pada waktu awal sangat mengejutkan para astronom kerana mereka percaya bahawa debu terbentuk terutamanya dalam angin sejuk dari bintang gergasi merah menjelang akhir hayat mereka. Oleh kerana memerlukan masa yang lama bagi bintang untuk mencapai tahap evolusinya (Matahari akan memakan waktu sekitar 9 miliar tahun) tidak ada cukup waktu untuk begitu banyak debu dibuat dengan cara ini.
‘Debu telah disapu di bawah permaidani kosmik - selama bertahun-tahun para astronom menganggapnya sebagai gangguan kerana cara menyembunyikan cahaya dari bintang-bintang. Tetapi kemudian kami mendapati bahawa ada debu tepat di pinggir Alam Semesta, pada bintang dan galaksi yang paling awal, dan kami menyedari bahawa kami tidak mengetahui asal usul dasarnya, ”jelas Dr Dunne.
Supernova juga membuat sejumlah besar unsur berat, seperti karbon dan oksigen, dan membuangnya ke ruang antara bintang. Ini adalah unsur-unsur yang membentuk tubuh kita dan, kerana mereka juga merupakan unsur-unsur yang membentuk butiran debu, supernova telah lama menjadi suspek utama dalam misteri asal usul debu kosmik. Kerana hanya memerlukan beberapa juta tahun untuk bintang-bintang yang paling besar mencapai akhir hayat dan meletup sebagai supernova, mereka dapat membuat debu dengan cepat untuk menjelaskan apa yang dilihat di Alam Semesta awal. Namun, sehingga kerja pasukan ini, hanya sejumlah kecil habuk yang pernah ditemui di supernova - meninggalkan ahli astronomi dengan pistol merokok tetapi tidak ada "asap"
Haley Morgan, seorang pelajar PhD di Cardiff berkata, "Sekiranya supernova adalah debu" kilang "yang cekap, masing-masing akan menghasilkan lebih banyak daripada jisim Matahari dalam keadaan debu.
“Ketika bintang-bintang besar berkembang menjadi supernova sekelip mata oleh standard astronomi, mereka dapat dengan mudah menjelaskan mengapa Alam Semesta awal kelihatan begitu berdebu.” Tambah Dr Rob Ivison dari Royal Observatory Edinburgh.
Supernova Sleuths
Pasukan dari Cardiff dan Edinburgh menggunakan SCUBA untuk mencari pelepasan dari habuk di sisa-sisa supernova baru-baru ini. Cassiopeia A adalah sisa dari supernova yang berlaku sekitar 320 tahun yang lalu. Ia terletak di buruj Cassiopeia, 11.000 tahun cahaya dari Bumi dan sekitar 10 tahun cahaya. Cas A adalah sumber radio paling terang di langit sehingga dapat dikaji dengan baik pada panjang gelombang dari optik hingga sinar-X. Gambar di bawah menunjukkan Cas A dalam sinar-X, optik, inframerah dan radio. Sinar-X mengikuti gas yang sangat panas (10 juta darjah Kelvin), dan panjang gelombang yang lain mengesan bahan pada: 10 ribu darjah (optik), habuk panas pada 100 K (IR) dan elektron tenaga tinggi (radio).
Walaupun ahli astronomi telah mencari debu di sisa-sisa supernova selama beberapa dekad, mereka menggunakan instrumen yang hanya dapat mengesan habuk yang cukup panas, seperti pada gambar inframerah ISO di atas. SCUBA mempunyai kelebihan di sini kerana ia dapat melihat debu yang sangat sejuk dan ini kerana ia berfungsi pada panjang gelombang sub-mm yang lebih panjang.
"Dengan cara yang sama seperti anda hanya dapat melihat poker besi bersinar ketika terbakar, anda hanya dapat melihat debu dengan kamera infra-merah ketika lebih panas daripada sekitar 25 Kelvin, tetapi SCUBA dapat melihatnya ketika lebih dingin juga" jelas Dr Steve Eales, Pembaca dalam Astrofizik di Cardiff University.
Bukti Keras Sejuk
SCUBA menemui sejumlah besar habuk di sisa Cas A, 1-4 kali lebih banyak daripada jisim Matahari! Ini lebih dari 1,000 kali lebih banyak daripada yang dilihat sebelumnya. Ini bermaksud bahawa Cas A sangat cekap dalam membuat habuk dari unsur-unsur yang ada. Suhu debu sangat rendah, hanya 18 Kelvin (-257 darjah Celsius), dan inilah sebabnya ia tidak pernah dilihat sebelumnya. Berikut adalah dua gambar sub-mm Cas A pada jarak 850 dan 450 mikron yang diambil bersama SCUBA. Anda dapat melihat bahawa gambar kiri kelihatan seperti radio di atas, dan ini kerana elektron tenaga tinggi yang menjadikan imej radio juga memancarkan sebahagian tenaga mereka pada panjang gelombang yang sedikit lebih pendek - mencemarkan pelepasan sub mm pada 850 mikron. Gambar tengahnya berada pada 450 mikron di mana pencemarannya jauh lebih rendah, dan kebanyakan pelepasan ini berasal dari habuk sejuk. Sekiranya kita membuang pencemaran, kita akan mendapat gambaran yang berbeza (kanan). Semua habuk kelihatan di bahagian bawah sisa dan dua gambar sub-mm kini kelihatan lebih serupa!
850 mikron tanpa pencemaran radio
"Teka-teki adalah bagaimana debu boleh menjadi begitu sejuk ketika kita mengetahui bahawa ada gas pada lebih dari satu juta derajat yang ada dari sinaran sinar-X yang dikeluarkannya." Cardiff.
Debu juga mempunyai sifat yang berbeza dengan jenis debu 'sehari-hari' di Bima Sakti dan galaksi lain - lebih baik 'bersinar' di sub-mm, mungkin kerana masih muda dan agak murni. Sekiranya semua supernova cekap membuat habuk, ia akan menjadi 'kilang' debu terbesar di Galaxy. Supernova merokok memberikan jalan keluar bagi misteri sejumlah besar habuk yang dilihat di Alam Semesta awal.
"Pemerhatian ini memberi kita gambaran yang mengagumkan tentang bagaimana zarah pepejal pertama di Alam Semesta diciptakan" kata Haley Morgan.
Sumber Asal: Siaran Berita Universiti Cardiff
