Crédit d'image: Hubble
Un nouvel article publié dans la revue Nature aide à résoudre un mystère de longue date sur certaines des premières particules solides de l'Univers. La poussière chaude avait été trouvée dans le passé, mais la poussière plus froide était principalement invisible - jusqu'à présent. Il semble que les supernovae soient extrêmement efficaces pour produire la poussière qui forme plus tard des planètes, des roches et des personnes.
Nous venons de découvrir que certaines supernovae ont de mauvaises habitudes - elles crachent d'énormes quantités de fumée, appelées poussières cosmiques. Cela résout un mystère de longue date sur l'origine de la poussière cosmique et suggère que les supernovae, qui sont des étoiles qui explosent, étaient responsables de la production des premières particules solides de l'Univers.
Les principaux suspects
Les supernovae sont les explosions violentes d'étoiles qui se produisent à la fin de leur vie. Ils se produisent environ tous les 50 ans environ dans notre Galaxie et il existe deux types principaux - Type Ia et II. Le type II sont les explosions d'étoiles très massives avec une masse supérieure à 8 fois la masse du Soleil (Msun). Ces étoiles «vivent vite - meurent jeunes» en utilisant leur hydrogène et leur hélium en seulement quelques millions d'années, des milliers de fois plus vite que le Soleil ne brûle leur carburant. Lorsque l'approvisionnement en carburant est épuisé, l'étoile doit brûler des éléments de plus en plus lourds jusqu'à ce que, finalement, quand elle ne peut plus faire pour se maintenir en vie, les parties intérieures de l'étoile s'effondrent pour former une étoile à neutrons ou un trou noir, et les parties extérieures sont jetées dans le cataclysme, nous appelons une supernova. L'énorme explosion balaie le gaz environnant dans une coquille qui brille aux rayons X, aux longueurs d'onde optiques et radio, et envoie des ondes de choc à travers la galaxie. Les supernovae libèrent plus d'énergie en un seul instant que le Soleil n'en produira pendant toute sa durée de vie. Si l'étoile massive la plus proche, Bételgeuse dans la constellation d'Orion, devenait supernova, elle serait (pendant une courte période) plus brillante que la pleine lune.
L'écran de fumée cosmique
La poussière interstellaire est constituée de minuscules particules de matière solide flottant dans l'espace entre les étoiles - avec des tailles généralement celles de la fumée de cigarette. Ce n'est pas la même chose que la poussière que nous nettoyons dans nos maisons, et en fait la Terre est une masse géante de poussière cosmique! Il est responsable de bloquer environ la moitié de toute la lumière émise par les étoiles et les galaxies et affecte profondément notre vision de l'Univers. Ce nuage `` poussiéreux '' a une doublure argentée, car les astronomes peuvent `` voir '' la poussière rayonnant la lumière des étoiles volée à l'aide de caméras spéciales conçues pour fonctionner à des longueurs d'onde plus longues, dans l'infrarouge (IR: 10-100 microns) et le submillimètre ( sous-mm: 0,3 - 1 mm) partie du spectre électromagnétique. L'une de ces caméras s'appelle SCUBA et se trouve sur le télescope James Clerk Maxwell à Hawaï. SCUBA est un instrument construit au Royaume-Uni qui détecte les ondes lumineuses à des longueurs d'onde inférieures à mm et est capable de voir la poussière directement là où se trouvent les étoiles et les galaxies les plus éloignées.
Débuts poussiéreux
Des observations récentes avec SCUBA ont montré qu'une énorme quantité de poussière existe dans les galaxies et les quasars lorsque l'Univers n'avait que 1 / 10e de son âge actuel, bien avant la formation de la Terre et du système solaire. La présence de toute cette poussière dans l'Univers lointain a un grand impact sur ce que les astronomes peuvent voir avec leurs télescopes optiques géants, car elle limite la quantité de lumière des étoiles qui peut s'échapper d'une galaxie lointaine et être vue sur Terre.
Le fait qu'il y ait tant de particules solides dans l'Univers à un moment aussi précoce a été une grande surprise pour les astronomes car ils pensaient que la poussière se formait principalement dans les vents frais des étoiles géantes rouges vers la fin de leur vie. Étant donné qu'il faut beaucoup de temps à l'étoile pour atteindre ce stade de son évolution (le Soleil prendra environ 9 milliards d'années), il n'y a tout simplement pas assez de temps pour que tant de poussière ait été fabriquée de cette façon.
«La poussière a été balayée sous le tapis cosmique - pendant des années, les astronomes l'ont traitée comme une nuisance en raison de la façon dont elle cache la lumière des étoiles. Mais ensuite, nous avons constaté qu'il y avait de la poussière juste au bord de l'Univers, dans les premières étoiles et galaxies, et nous avons réalisé que nous ignorions même son origine fondamentale », a expliqué le Dr Dunne.
Les supernovae fabriquent également de grandes quantités d'éléments lourds, tels que le carbone et l'oxygène, et les jettent dans l'espace interstellaire. Ce sont les éléments qui composent notre corps et, puisque ce sont aussi les éléments qui composent les grains de poussière, les supernovae ont longtemps été un suspect majeur dans le mystère de l'origine de la poussière cosmique. Comme il ne faut que quelques millions d'années pour que les étoiles les plus massives atteignent la fin de leur vie et explosent en supernovae, elles pourraient faire de la poussière assez rapidement pour expliquer ce qui est vu dans l'Univers primitif. Cependant, jusqu’au travail de cette équipe, seules de minuscules quantités de poussière avaient été trouvées dans les supernovae - laissant les astronomes avec un pistolet fumant mais pas de «fumée»
Haley Morgan, étudiante au doctorat à Cardiff, a déclaré: «Si les supernovae étaient des« usines »de poussière efficaces, elles produiraient chacune plus que la masse du Soleil dans la poussière.»
"Alors que les étoiles massives évoluent pour devenir des supernovae en un clin d'œil selon les normes astronomiques, elles pourraient facilement expliquer pourquoi le premier Univers semble si poussiéreux", a ajouté le Dr Rob Ivison du Royal Observatory Edinburgh.
Détective Supernova
L'équipe de Cardiff et d'Édimbourg a utilisé SCUBA pour rechercher l'émission de poussière dans les restes d'une supernova récente. Cassiopée A est le vestige d'une supernova qui s'est produite il y a environ 320 ans. Il est situé dans la constellation de Cassiopée, à 11 000 années-lumière de la Terre et mesure environ 10 années-lumière. Cas A est la source radio la plus brillante du ciel, elle est donc bien étudiée à de nombreuses longueurs d'onde allant de l'optique aux rayons X. Les images ci-dessous montrent le Cas A dans les rayons X, optique, infrarouge et radio. Les rayons X suivent le gaz vraiment chaud (10 millions de degrés Kelvin), et les autres longueurs d'onde tracent le matériau à: 10 mille degrés (optique), la poussière chaude à 100 K (IR) et les électrons à haute énergie (radio).
Bien que les astronomes aient recherché de la poussière dans les restes de supernova pendant des décennies, ils avaient utilisé des instruments qui ne pouvaient détecter que de la poussière assez chaude, comme celle de l'image infrarouge ISO ci-dessus. SCUBA a l'avantage ici car il est capable de voir la poussière qui est très froide et cela parce qu'il fonctionne à des longueurs d'onde inférieures à mm.
`` De la même manière que vous ne pouvez voir un poker de fer brillant que lorsqu'il a été dans un feu, vous ne pouvez voir de la poussière avec des caméras infrarouges que lorsqu'il fait plus chaud qu'environ 25 Kelvin, mais SCUBA peut le voir quand il fait plus froid aussi '' a expliqué le Dr Steve Eales, lecteur en astrophysique à l'Université de Cardiff.
Preuve froide et dure
SCUBA a trouvé une grande quantité de poussière dans le reste de Cas A, 1-4 fois plus que la masse du Soleil! C'est plus de 1 000 fois plus que ce qui avait été observé auparavant. Cela signifie que Cas A était très efficace pour créer de la poussière à partir des éléments disponibles. La température de la poussière est très basse, seulement 18 Kelvin (-257 degrés Celsius), et c'est la raison pour laquelle elle n'avait jamais été vue auparavant. Ci-dessous sont les deux images sub-mm de Cas A à 850 et 450 microns prises avec SCUBA. Vous pouvez voir que l'image de gauche ressemble un peu à celle de la radio ci-dessus, et cela parce que les électrons de haute énergie qui font que l'image radio émettent également une partie de leur énergie à des longueurs d'onde légèrement plus courtes - contaminant ainsi l'émission inférieure au mm à 850 microns. L'image du milieu est à 450 microns où la contamination est beaucoup plus faible, et donc la plupart de cette émission provient de la poussière froide. Si nous éliminons la contamination, nous obtenons une image différente (à droite). Toute la poussière est visible dans la moitié inférieure du reste et les deux images inférieures au mm se ressemblent maintenant beaucoup plus!
850 microns sans contamination radio
"L'énigme est de savoir comment la poussière peut rester si froide lorsque nous savons qu'il y a du gaz à plus d'un million de degrés présent à partir du rayonnement X qu'elle dégage", a commenté le professeur Mike Edmunds, directeur de l'École de physique et d'astronomie de Cardiff.
La poussière a également des propriétés différentes du type de poussière «ordinaire» de la Voie lactée et des autres galaxies - elle est meilleure à «briller» dans le sous-mm, peut-être parce qu'elle est encore très jeune et relativement vierge. Si toutes les supernovae étaient aussi efficaces pour produire de la poussière, elles seraient les plus grandes «usines» de poussière de la Galaxie. Les supernovae fumantes apportent une solution au mystère des énormes quantités de poussière vues dans l'Univers primitif.
"Ces observations nous donnent un aperçu alléchant de la façon dont les premières particules solides de l'Univers ont été créées", a déclaré Haley Morgan.
Source d'origine: communiqué de presse de l'Université de Cardiff
