Kosmiske støvpedier kan afsløre nye typer galakser

Måling af de store mængder kosmisk støv i interstellarrum kan være en nøgle til at låse op for forskellige mysterier i kosmos, herunder hvordan kornene dannes, og om nye typer galakser er tilsløret af partikelskyerne.

Kosmiske støvkorn, som er født i stjerner, er byggestenene til andre stjerner og stenede planeter som Jorden - såvel som måske selve livet. Imidlertid, vores forståelse af det støvede univers og de processer, der danner det, forbliver begrænset.

'Vi mangler vital viden om oprindelsen af ​​kosmisk støv, dens udvikling, og derfor brændstoffet til stjernedannelse af galakser i nyere kosmisk historie, sagde professor Haley Gomez, en astrofysiker ved Cardiff University i Storbritannien.

Den kosmiske dis betyder også, at centrale astronomiske processer undgår detektion ved traditionelle teleskoper. 'Vores syn på universet har været forudindtaget, sagde prof. Gomez, der er i gang med et projekt kaldet CosmicDust. 'Vi har set på det synlige lys fra stjerner og galakser. Men halvdelen af ​​alt lys skinnede af stjerner siden Big Bang faktisk er blevet skjult. '

Problemet er, kosmisk støv er for koldt til at blive opdaget af optiske teleskoper. I det sidste årti, imidlertid, støvudforskning er blevet hjulpet af store rummissioner, f.eks. Planck- og Herschel-missionerne, der blev lanceret i 2009. Disse har involveret teleskoper, der kan fange galakser i den langt infrarøde del af spektret-hvor støvpartiklerne bliver synlige.

Begge missioner sluttede i 2013, efterlader et væld af rådata at fordybe sig i. Dette udnyttes af DustPedia, et af et par af Cardiff University -projekter, der søger at bedre forstå egenskaberne ved rumstøv.

Databank

DustPedia kombinerer Herschel- og Planck-data med data fra jordbaserede og rumbaserede teleskoper-og fra andre dele af spektret, såsom det synlige og ultraviolette - for at skabe et stort arkiv til undersøgelse af støv og dets interaktioner i galakser i den del af universet, der er nærmest os. Det giver i øjeblikket billeder til næsten 900 galakser.

'En af de vigtigste motiver i at gøre dette er at forstå, hvordan galakser udvikler sig og ændrer sig med tiden, sagde professor Jonathan Davies, hovedforsker ved DustPedia. Han forklarede, at for eksempel, en stor del af kemiske grundstoffer syntetiseret af stjerner findes i kosmisk støv. At forstå, hvor meget af hver af disse er til stede, hjælper med at afsløre, hvor kemisk udviklet en galakse er, og i sidste ende, hvor langt det er gået langs sin livsbane.

Dette kan også hjælpe os med at sammenligne, hvordan forskellige typer galakser udvikler sig - f.eks. forskellene mellem gigantiske elliptiske galakser og mindre flade.

Prof. Davies beskriver kosmisk støv som værende som cigaretrøg, der blæser foran en pære, skjule meget af lyset fra stjerner.
'Du kan blive vildledt til at tro, at hvis en galakse ikke producerer meget lys, der kan ikke være mange stjerner der. Hvis du kan måle mængden af ​​støv, du kan begynde at foretage rettelser, ' han sagde.

Prof. Gomez's CosmicDust -projekt søger at opbygge et omfattende katalog over støvede galakser for at skabe en 'census of dust' hjulpet af indsigten fra Herschel. Hun forventer, at dette vil hjælpe med at afdække mystiske nye klasser af galakser, der forekommer støvfattige i billeder med synligt lys, men indeholder faktisk enorme mængder støv.

Projektet har allerede afsluttet sin første statistiske støvtælling på 15, 000 galakser, at finde ud af, at nogle indeholder langt mere støv og nogle langt mindre end forudsagt - og har frigivet kataloger og kort, der dækker næsten en halv million galakser.

Blandt andet, holdet har fundet tre nye eksploderende stjernester, der indeholder masser af støv. Interessant nok, sagde prof. Gomez, disse indeholder alle hurtigt roterende neutronstjerner som følge af massive stjerneeksplosioner, antyder, at det kan være vigtige støvproducerende systemer.

Desuden, ved at bruge Herschel -data til at se 12 milliarder år tilbage til det tidlige univers, hendes team fandt indledende tegn på, at universet tidligere kan have været meget støvere end i dag og dermed karakteriseret ved hurtigere stjernedannelse.

Professor Gomez siger, at mulige forklaringer på dagens manglende støv omfatter galaktiske vinde, der blæser store mængder ud af galakser eller ødelæggelse af stødbølger af varm gas.

'Det er præcis den slags ting, vi burde kunne teste, når de store undersøgelser er blevet analyseret, og vores kataloger og målinger er færdige, ' hun sagde.

Forskerne sigter også mod at løse en mangeårig kontrovers om oprindelsen af ​​kosmisk støv, sagde prof. Gomez-'om det er skabt af sollignende stjerner i deres stille dødsgreb, eller hvis det er meget mere voldeligt, i stedet stammer fra massive stjerner, der river sig i stykker ved slutningen af ​​deres liv. ' Videnskabelig forskning hælder i øjeblikket til den sidste forklaring, tilføjede hun.

Lab støv

Endnu et initiativ, NANOCOSMOS, modellerer kosmisk støv i laboratoriet for at bygge et bedre billede af, hvordan det dannes og opfører sig.
Flere eksperimentelle set-ups er blevet bygget til at gøre dette, såsom stjernestøvkammeret, som simulerer dannelsen af ​​støvkorn.

Forskere ved Institute of Fundamental Physics (IFF) i Madrid, Spanien bruger i øjeblikket dette vakuumkammer til at undersøge reaktionen af ​​individuelle elementer fundet i støv, ser indledningsvis på kulstofklynger og deres interaktion med brint. De vil senere undersøge interaktioner og støvegenskaber, der involverer silicium, jern og andre metaller, og deres interaktion med gasser, at simulere mere realistiske astrofysiske miljøer.

'At studere, hvordan støvpartikler dannes, og hvordan de interagerer med gassen, er afgørende for at forstå deres egenskaber, sagde professor José Cernicharo, en fysiker, der arbejder inden for molekylær astrofysik ved IFF og tilsvarende hovedforsker for NANOCOSMOS -projektet. 'At udlede strukturen af ​​de første nanopartikler dannet af forskellige elementer er et obligatorisk trin for korrekt at modellere fysikken og kemien i ejecta af røde giganter og supernovaer.'

At forstå mere om nanopartikeldannelse hjælper ikke bare med at afdække, hvad der sker i rummet og spore universets historie. Modeller, der viser, hvordan støv dannes og vokser, kan også hjælpe innovation på vores egen planet inden for områder som nanoteknologi - vigtigt inden for områder som grøn energi og bioteknologi.

Hvad angår kosmos, at undersøge støv vil i sidste ende hjælpe os med at danne et mere fuldstændigt billede af universet omkring os.

'Støv spiller en central rolle i den fysiske og kemiske udvikling af astronomiske objekter, men kan ikke betragtes korrekt i modeller på grund af vores begrænsede viden om dens art og egenskaber, sagde prof. Cernicharo. 'Alle fremskridt med dette spørgsmål vil derfor have en stærk indvirkning på astrofysik og astrokemi.'