Във Вселената има милиарди звезди и планети. И докато звездата е пламтяща сфера от газ, планети като Земята са съставени от твърди елементи. Планетите се образуват в облаци прах, които се въртят около новообразувана звезда. На свой ред зърната на този прах са съставени от елементи като въглерод, силиций, кислород, желязо и магнезий. Но откъде идват частиците космически прах? Ново проучване от института Нилс Бор в Копенхаген показва, че праховите зърна не само могат да се образуват при гигантски експлозии на супернови, но също така могат да преживеят последващите ударни вълни от различни експлозии, които влияят на праха.
Компютърно изображение на това как се образува космическият прах по време на експлозии на свръхнова. Източник: ЕСО/М. Kornmesser
Как се е образувал космическият прах отдавна е загадка за астрономите. Самите прахови елементи се образуват в пламтящия водороден газ в звездите. Водородните атоми се комбинират един с друг, за да образуват все по-тежки елементи. В резултат на това звездата започва да излъчва радиация под формата на светлина. Когато целият водород е изчерпан и вече не е възможно да се извлича енергия, звездата умира и обвивката й излита в космоса, което образува различни мъглявини, в които отново могат да се раждат млади звезди. Тежките елементи се образуват предимно в свръхнови, чиито прародители са масивни звезди, които умират в гигантска експлозия. Но как отделните елементи се събират заедно, за да образуват космически прах, остава загадка.
„Проблемът беше, че дори и прахът да се образува заедно с елементите при експлозии на свръхнови, самото събитие е толкова бурно, че тези малки зрънца просто не би трябвало да оцелеят. Но космическият прах съществува и неговите частици могат да бъдат с напълно различни размери. Нашето изследване хвърля светлина върху този проблем“, професор Йенс Хьорт, ръководител на Центъра за тъмна космология в института Нилс Бор.
Изображение от телескоп Хъбъл на необичайната галактика джудже, която произведе ярката супернова SN 2010jl. Изображението е направено преди появата му, така че стрелката показва звездата му прародител. Звездата, която избухна, беше много масивна, приблизително 40 слънчеви маси. Източник: ESO
В изследванията на космическия прах учените наблюдават свръхнови с помощта на астрономическия инструмент X-shooter в съоръжението Very Large Telescope (VLT) в Чили. Той има невероятна чувствителност и трите спектрографа, включени в него. може да наблюдава целия диапазон от светлина наведнъж, от ултравиолетова и видима до инфрачервена. Хьорт обяснява, че първоначално са очаквали да настъпи „правилна“ експлозия на свръхнова. И така, когато това се случи, започна кампания за наблюдение. Наблюдаваната звезда беше необичайно ярка, 10 пъти по-ярка от средната супернова, а масата й беше 40 пъти по-голяма от тази на Слънцето. Общо наблюдението на звездата отне на изследователите две години и половина.
„Прахът абсорбира светлина и използвайки нашите данни успяхме да изчислим функция, която може да ни каже за количеството прах, неговия състав и размер на зърното. Открихме нещо наистина вълнуващо в резултатите“, Криста Гал.
Първата стъпка към образуването на космически прах е миниексплозия, при която звезда изхвърля в космоса материал, съдържащ водород, хелий и въглерод. Този газов облак се превръща в нещо като черупка около звездата. Още няколко такива светкавици и черупката става по-плътна. Накрая звездата експлодира и гъст облак от газ напълно обгръща ядрото й.
„Когато звезда избухне, ударната вълна удря плътния газов облак като тухла, която се удря в бетонна стена. Всичко това се случва в газова фаза при невероятни температури. Но мястото, където удари експлозията, става плътно и се охлажда до 2000 градуса по Целзий. При тази температура и плътност елементите могат да образуват ядра и да образуват твърди частици. Открихме зърна прах с размери от един микрон, което е много голямо за тези елементи. С такива размери те ще могат да оцелеят при бъдещото си пътуване през галактиката.
Така учените смятат, че са намерили отговора на въпроса как се образува и живее космическият прах.
Междузвездният прах е продукт на процеси с различна интензивност, протичащи във всички краища на Вселената, а неговите невидими частици достигат дори повърхността на Земята, летейки в атмосферата около нас.
Многократно е доказано, че природата не обича празнотата. Междузвездното пространство, което ни изглежда като вакуум, всъщност е изпълнено с газ и микроскопични, с размери 0,01-0,2 микрона, прахови частици. Комбинацията от тези невидими елементи поражда обекти с огромни размери, нещо като облаци от Вселената, способни да абсорбират определени видове спектрално лъчение от звездите, понякога напълно скривайки ги от земните изследователи.
От какво се състои междузвездният прах?
Тези микроскопични частици имат ядро, което се образува в газовата обвивка на звездите и е напълно зависимо от нейния състав. Например, графитен прах се образува от зърна от въглеродни звезди, а силикатният прах се образува от частици кислород. Това е интересен процес, който продължава десетилетия: докато звездите се охлаждат, те губят своите молекули, които, летейки в космоса, се обединяват в групи и стават основата на ядрото на прашинка. След това се образува обвивка от водородни атоми и по-сложни молекули. При ниски температури междузвездният прах се появява под формата на ледени кристали. Скитайки из Галактиката, малките пътешественици губят част от газа при нагряване, но нови молекули заемат мястото на заминалите молекули.
Местоположение и имоти
По-голямата част от праха, който пада върху нашата Галактика, е концентриран в района на Млечния път. Той се откроява на фона на звездите под формата на черни ивици и петна. Въпреки факта, че теглото на праха е незначително в сравнение с теглото на газа и е само 1%, той е в състояние да скрие небесните тела от нас. Въпреки че частиците са разделени една от друга на десетки метри, дори и в това количество най-плътните области поглъщат до 95% от светлината, излъчвана от звездите. Размерът на облаците газ и прах в нашата система е наистина огромен, измерен в стотици светлинни години.
Въздействие върху наблюденията
Глобулите на Текери правят областта на небето зад тях невидима
Междузвездният прах поглъща по-голямата част от радиацията от звездите, особено в синия спектър, и изкривява тяхната светлина и полярност. Най-голямо изкривяване изпитват късите вълни от далечни източници. Микрочастиците, смесени с газ, се виждат като тъмни петна в Млечния път.
Поради този фактор ядрото на нашата Галактика е напълно скрито и достъпно за наблюдение само в инфрачервени лъчи. Облаците с висока концентрация на прах стават почти непрозрачни, така че частиците вътре не губят своята ледена обвивка. Съвременните изследователи и учени смятат, че именно те, когато се слепват, образуват ядрата на новите комети.
Науката е доказала влиянието на праховите гранули върху процесите на звездообразуване. Тези частици съдържат различни вещества, включително метали, които действат като катализатори за множество химични процеси.
Нашата планета увеличава масата си всяка година поради падащия междузвезден прах. Разбира се, тези микроскопични частици са невидими и за да ги намерят и изследват, те изучават океанското дъно и метеоритите. Събирането и доставянето на междузвезден прах се превърна в една от функциите на космическите кораби и мисии.
Когато големите частици навлязат в земната атмосфера, те губят обвивката си и малките частици кръжат около нас невидими с години. Космическият прах е повсеместен и подобен във всички галактики; астрономите редовно наблюдават тъмни черти по лицата на далечни светове.
Откъде идва космическият прах? Нашата планета е заобиколена от плътна въздушна обвивка - атмосферата. В състава на атмосферата, освен познатите на всички газове, влизат и твърди частици - прах.
Състои се главно от почвени частици, които се издигат нагоре под въздействието на вятъра. По време на вулканични изригвания често се наблюдават мощни облаци прах. Цели „прашни шапки“ висят над големите градове, достигайки височина от 2-3 км. Броят на праховите частици в един кубичен метър. cm въздух в градовете достига 100 хиляди парчета, докато в чист планински въздух има само няколкостотин от тях. Прахът от земен произход обаче се издига до сравнително ниски височини - до 10 км. Вулканичният прах може да достигне височина от 40-50 км.
Произход на космическия прах
Установено е наличието на прахови облаци на височини, значително надвишаващи 100 km. Това са така наречените „ножни облаци“, състоящи се от космически прах.
Произходът на космическия прах е изключително разнообразен: той включва останки от разпаднали се комети и частици материя, изхвърлени от Слънцето и донесени до нас от силата на светлинния натиск.
Естествено, под въздействието на гравитацията, значителна част от тези частици космически прах бавно се утаяват на земята. Наличието на такъв космически прах е открито на високи заснежени върхове.
метеорити
В допълнение към този бавно утаяващ се космически прах, стотици милиони метеори избухват в нашата атмосфера всеки ден - това, което наричаме „падащи звезди“. Летейки с космически скорости от стотици километри в секунда, те изгарят от триене с частици въздух, преди да достигнат повърхността на земята. Продуктите от тяхното изгаряне също се утаяват на земята.
Сред метеорите обаче има и изключително големи екземпляри, които достигат повърхността на земята. Така е известно падането на големия Тунгуски метеорит в 5 часа сутринта на 30 юни 1908 г., придружено от редица сеизмични явления, отбелязани дори във Вашингтон (на 9 хиляди километра от мястото на падането) и показващи силата от експлозията при падането на метеорита. Професор Кулик, който с изключителна смелост изследва мястото на падането на метеорита, откри гъсталаци от вятър, заобикалящи мястото на падането в радиус от стотици километри. За съжаление той не успя да намери метеорита. Служител на Британския музей Къркпатрик направи специално пътуване до СССР през 1932 г., но дори не стигна до мястото на падането на метеорита. Той обаче потвърди предположението на професор Кулик, който оцени масата на падналия метеорит на 100-120 тона.
Облак от космически прах
Интересна е хипотезата на академик В. И. Вернадски, който смята, че е възможно да падне не метеорит, а огромен облак космически прах, движещ се с колосална скорост.
Академик Вернадски потвърди хипотезата си с появата тези дни на голям брой светещи облаци, движещи се на голяма надморска височина със скорост 300-350 км в час. Тази хипотеза би могла да обясни и факта, че дърветата, заобикалящи метеоритния кратер, са останали изправени, докато тези, които са разположени по-нататък, са били съборени от взривната вълна.
В допълнение към Тунгуския метеорит са известни редица кратери с метеоритен произход. Първият от тези кратери, които трябва да бъдат изследвани, може да се нарече кратерът Аризона в Дяволския каньон. Интересно е, че в близост до него са открити не само фрагменти от железен метеорит, но и малки диаманти, образувани от въглерод от висока температура и налягане при падането и експлозията на метеорита.
В допълнение към посочените кратери, показващи падането на огромни метеорити с тегло десетки тонове, има и по-малки кратери: в Австралия, на остров Езел и редица други.
В допълнение към големите метеорити всяка година падат доста по-малки - с тегло от 10-12 грама до 2-3 килограма.
Ако Земята не беше защитена от плътна атмосфера, щяхме да бъдем бомбардирани всяка секунда от малки космически частици, движещи се със скорости, по-бързи от куршуми.
Науката
Учените са забелязали голям облак от космически прах, създаден от експлозия на свръхнова.
Космическият прах може да даде отговори на въпроси относно как се е появил животът на Земята- дали е възникнала тук или е донесена с падналите на Земята комети, дали водата е била тук от самото начало или е донесена и от космоса.
Скорошно изображение на облак от космически прах, възникнал след експлозия на свръхнова, доказва товасвръхновив състояние да произвежда достатъчнокосмически прах за създаване на планети като нашата Земя.
Освен това учените смятат, че този прах е достатъчен, за да създаде хиляди такивапланети като земята.
Данните от телескопа показват топъл прах (бял), който е оцелял в остатъка от свръхнова. Облакът остатък от свръхнова Стрелец А Восток е показан в синьо. Радиоизлъчването (червено) показва сблъсъка на разширяващата се ударна вълна с околните междузвездни облаци (зелено).
Заслужава да се отбележи, че космическият прах е участвал в създаването както на нашата планета, така и на много други космически тела. Тясе състои от малки частици с размер до 1 микрометър.
Сега е известно, че кометите съдържат първичен прах, който е на милиарди години и е играл основна роля при формирането на Слънчевата система. Като изследвате този прах, можете да научите много закак са започнали да се създават Вселената и нашата слънчева системапо-специално, както и да научите повече за състава на първата органична материя и вода.
Според Райън Лау от университета Корнел в Итака, Ню Йорк,светкавица,наскорозаснет от телескоп, станал преди 10 000 години, а резултатът беше облак прах, достатъчно голям, за даима 7000 планети, подобни на Земята.
Наблюдения на свръхнова (Supernova)
Като се използва Стратосферна обсерватория за инфрачервена астрономия (СОФИЯ), учените са изследвали интензивността на радиацията и са успели да изчислят общата маса на космическия прах в облака.
Заслужава да се отбележи, че СОФИЯ е съвместно проект на НАСА и Германския авиационен и космически център. Целта на проекта е да се създаде и използва телескоп Cassegrain на борда на самолет Боинг 474.
По време на полета на надморска височина 12-14 километра, телескоп с обиколка от 2,5 метра е способен да създава снимки на космоса, близки по качество до снимките, направени от космическите обсерватории.
Ръководен от Лау, екипът използва телескопа SOFIA със специална камераПРОГНОЗА на борда,за да направи инфрачервени изображения на облак от космически прах, известен също като остатък от супернова на Стрелец А Восток. ПРОГНОЗАТА еинфрачервена камера за откриване на обекти с нисък контраст.
