Credito d'immagine: Hubble
Un nuovo articolo pubblicato sulla rivista Nature aiuta a risolvere un mistero di lunga data su alcune delle prime particelle solide nell'Universo. La polvere calda era stata trovata in passato, ma la polvere più fredda era per lo più invisibile - fino ad ora. Sembra che le supernovae siano estremamente efficienti nel produrre la polvere che in seguito forma pianeti, rocce e persone.
Abbiamo appena scoperto che alcune supernove hanno cattive abitudini: producono grandi quantità di fumo, noto come polvere cosmica. Questo risolve un mistero di vecchia data sull'origine della polvere cosmica e suggerisce che le supernovae, che stanno esplodendo stelle, erano responsabili della produzione delle prime particelle solide nell'Universo.
The Prime Suspects
Le supernovae sono le violente esplosioni di stelle che si verificano alla fine della loro vita. Si verificano circa ogni 50 anni circa nella nostra Galassia e ci sono due tipi principali: Tipo Ia e II. Tipo II sono le esplosioni di stelle molto massicce con una massa maggiore di 8 volte la massa del Sole (Msun). Queste stelle sono "vivi in fretta - muori giovani" consumando idrogeno ed elio in soli pochi milioni di anni, migliaia di volte più velocemente del Sole che brucia il suo combustibile. Quando il rifornimento di carburante è esaurito, la stella deve bruciare elementi sempre più pesanti fino a quando, infine, quando non può fare altro per mantenersi in vita, le parti interne della stella collassano per formare una stella di neutroni o un buco nero, e le parti esterne vengono lanciate nel cataclisma chiamiamo una supernova. L'enorme esplosione trascina il gas circostante in un guscio che brilla alle lunghezze d'onda dei raggi X, ottici e radio e invia onde d'urto attraverso la galassia. Le supernovae rilasciano più energia in un solo istante di quanto il Sole produrrà in tutta la sua vita. Se la stella massiccia più vicina, Betelgeuse nella costellazione di Orione, dovesse diventare una supernova sarebbe (per un breve periodo) più luminosa della luna piena.
Lo schermo di fumo cosmico
La polvere interstellare è costituita da minuscole particelle di materiale solido che fluttuano nello spazio tra le stelle - con dimensioni tipicamente quella del fumo di sigaretta. Non è uguale alla polvere che puliamo nelle nostre case, e in effetti la Terra è un gigantesco grumo di polvere cosmica! È responsabile del blocco di circa metà di tutta la luce emessa da stelle e galassie e influenza profondamente la nostra visione dell'Universo. Questa nuvola "polverosa" ha un rivestimento argentato, poiché gli astronomi possono "vedere" la polvere che irradia la luce stellare rubata usando speciali telecamere progettate per funzionare a lunghezze d'onda più lunghe, nell'Infrarosso (IR: 10 - 100 micron) e nel Submillimeter ( sub-mm: 0,3 - 1 mm) parte dello spettro elettromagnetico. Una di queste telecamere si chiama SCUBA e si trova sul James Clerk Maxwell Telescope alle Hawaii. SCUBA è uno strumento costruito nel Regno Unito che rileva le onde luminose a lunghezze d'onda inferiori a mm ed è in grado di vedere la polvere fin dove si trovano le stelle e le galassie più lontane.
Inizio polveroso
Recenti osservazioni con SCUBA hanno dimostrato che esiste un'enorme quantità di polvere nelle galassie e nei quasar quando l'Universo era solo 1/10 della sua era attuale, molto prima che si formassero la Terra e il sistema solare. La presenza di tutta questa polvere nell'Universo distante ha un grande impatto su ciò che gli astronomi sono in grado di vedere con i loro telescopi ottici giganti, in quanto limita la quantità di luce stellare che può sfuggire da una galassia lontana ed essere vista sulla Terra.
Che ci fossero così tante particelle solide nell'Universo in una fase così precoce è stata una grande sorpresa per gli astronomi poiché avevano creduto che la polvere si fosse formata principalmente in venti freddi da stelle giganti rosse vicino alla fine della loro vita. Dato che ci vuole molto tempo prima che la stella raggiunga questo stadio della sua evoluzione (il Sole impiegherà circa 9 miliardi di anni), semplicemente non c'è stato abbastanza tempo per produrre così tanta polvere in questo modo.
'La polvere è stata spazzata sotto il tappeto cosmico - per anni gli astronomi l'hanno trattata come un fastidio a causa del modo in cui nasconde la luce dalle stelle. Ma poi abbiamo scoperto che c'è polvere proprio ai margini dell'Universo, nelle prime stelle e galassie, e ci siamo resi conto che ignoravamo persino la sua origine di base ", ha spiegato il dottor Dunne.
Le supernovae producono anche grandi quantità di elementi pesanti, come carbonio e ossigeno, e le gettano nello spazio interstellare. Questi sono gli elementi che compongono i nostri corpi e, poiché sono anche gli elementi che compongono i granelli di polvere, le supernove sono state a lungo un sospetto principale nel mistero dell'origine della polvere cosmica. Dato che bastano solo pochi milioni di anni affinché le stelle più massicce raggiungano la fine della vita ed esplodano come supernovae, potrebbero produrre polvere abbastanza rapidamente da spiegare ciò che si vede nel primo Universo. Tuttavia, fino al lavoro di questa squadra, nelle supernova erano state trovate solo minuscole quantità di polvere, lasciando gli astronomi con una pistola fumante ma senza "fumo"
Haley Morgan, uno studente di dottorato di ricerca a Cardiff, ha dichiarato: "Se le supernova fossero" fabbriche "efficienti di polvere, ciascuna produrrebbe più della massa del Sole in polvere".
"Mentre stelle enormi si evolvono per diventare supernove in un batter d'occhio secondo gli standard astronomici, potrebbero facilmente spiegare perché l'Universo primordiale appare così polveroso", ha aggiunto il dott. Rob Ivison del Royal Observatory Edinburgh.
Supernova Sleuths
Il team di Cardiff ed Edimburgo ha usato SCUBA per cercare l'emissione di polvere nei resti di una recente supernova. Cassiopea A è il residuo di una supernova avvenuta circa 320 anni fa. Si trova nella costellazione di Cassiopea, a 11.000 anni luce dalla Terra ed è largo circa 10 anni luce. Cas A è la sorgente radio più luminosa del cielo, quindi è ben studiata a molte lunghezze d'onda dall'ottica ai raggi X. Le immagini seguenti mostrano il Cas A nei raggi X, nell'ottica, nell'infrarosso e nella radio. I raggi X seguono il gas veramente caldo (10 milioni di gradi Kelvin) e le altre lunghezze d'onda tracciano materiale a: 10 mila gradi (ottico), polvere calda a 100 K (IR) ed elettroni ad alta energia (radio).
Sebbene gli astronomi avessero cercato polvere nei resti di supernova per decenni, avevano usato strumenti in grado di rilevare solo polvere abbastanza calda, come quella nell'immagine a infrarossi ISO sopra. SCUBA ha il vantaggio qui perché è in grado di vedere la polvere che è molto fredda e questo perché funziona con lunghezze d'onda inferiori a mm.
"Allo stesso modo in cui puoi vedere un poker di ferro che brilla solo quando è in fiamme, puoi vedere la polvere con le telecamere a infrarossi solo quando fa più caldo di circa 25 Kelvin, ma SCUBA può vederlo anche quando fa più freddo" ha spiegato il dott. Steve Eales, lettore di astrofisica all'università di Cardiff.
Prove fredde e difficili
SCUBA ha trovato una grande quantità di polvere nel residuo Cas A, 1-4 volte più della massa del Sole! Questo è oltre 1.000 volte più di quanto non si fosse mai visto prima. Ciò significa che Cas A è stato molto efficiente nel creare polvere dagli elementi disponibili. La temperatura della polvere è molto bassa, solo 18 Kelvin (-257 gradi Celsius), e questa è la ragione per cui non era mai stata vista prima. Di seguito sono riportate le due immagini sub-mm di Cas A a 850 e 450 micron prese con SCUBA. Puoi vedere che l'immagine a sinistra assomiglia un po 'a quella della radio sopra, e questo perché gli elettroni ad alta energia che rendono l'immagine radio emettono anche parte della loro energia a lunghezze d'onda leggermente più corte, contaminando l'emissione sub mm a 850micron. L'immagine centrale è a 450 micron, dove la contaminazione è molto più bassa, quindi la maggior parte di questa emissione proviene dalla polvere fredda. Se rimuoviamo la contaminazione otteniamo un'immagine diversa (a destra). Tutta la polvere è vista nella metà inferiore del residuo e le due immagini sub-mm ora sembrano molto più simili!
850 micron senza contaminazione radio
"L'enigma è come la polvere può rimanere così fredda quando sappiamo che c'è un gas a oltre un milione di gradi presente dalla radiazione a raggi X che emette", ha commentato il Prof. Mike Edmunds, capo della School of Physics & Astronomy in Cardiff.
La polvere ha anche proprietà diverse dal tipo di polvere "di tutti i giorni" nella Via Lattea e in altre galassie - è meglio "brillare" nel sub-mm, forse perché è ancora molto giovane e relativamente incontaminata. Se tutte le supernove fossero così efficienti nel produrre polvere, sarebbero le più grandi "fabbriche" di polveri nella Galassia. Le supernova fumanti forniscono una soluzione al mistero delle enormi quantità di polvere viste nell'universo primordiale.
"Queste osservazioni ci danno una visione allettante di come sono state create le prime particelle solide nell'Universo", ha detto Haley Morgan.
Fonte originale: comunicato stampa dell'Università di Cardiff
