Kredit gambar: Hubble
Sebuah artikel baru yang diterbitkan dalam jurnal Nature membantu menyelesaikan misteri lama tentang beberapa partikel padat paling awal di Semesta. Debu panas telah ditemukan di masa lalu, tetapi debu yang lebih dingin sebagian besar tidak terlihat - sampai sekarang. Tampaknya supernova sangat efisien dalam menghasilkan debu yang kemudian membentuk planet, batu, dan manusia.
Kami baru saja menemukan bahwa beberapa supernova memiliki kebiasaan buruk - mereka mengeluarkan banyak asap, yang dikenal sebagai debu kosmik. Ini memecahkan misteri lama tentang asal usul debu kosmik dan menunjukkan bahwa supernova, yang meledak bintang, bertanggung jawab untuk memproduksi partikel padat pertama di Semesta.
Tersangka Utama
Supernova adalah ledakan kekerasan bintang yang terjadi pada akhir kehidupan mereka. Mereka muncul setiap sekitar 50 tahun di Galaxy kita dan ada dua tipe utama - Tipe Ia dan II. Tipe II adalah ledakan bintang yang sangat masif dengan massa lebih dari 8 kali massa 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. Ketika pasokan bahan bakar habis, bintang harus membakar elemen yang lebih berat dan lebih berat sampai, akhirnya, ketika tidak ada lagi yang bisa dilakukan untuk menjaga dirinya tetap hidup bagian dalam bintang runtuh untuk membentuk bintang neutron atau Lubang Hitam, dan bagian luar dilemparkan off dalam bencana yang kita sebut supernova. Ledakan besar menyapu gas di sekitarnya menjadi sebuah shell yang bersinar pada sinar-X, panjang gelombang optik dan radio, dan mengirimkan gelombang kejut melalui galaksi. Supernova melepaskan lebih banyak energi dalam sekejap daripada yang akan diproduksi Matahari sepanjang hidupnya. Jika bintang masif terdekat, Betelgeuse di rasi Orion, akan pergi supernova, bintang itu akan (untuk waktu singkat) lebih terang daripada bulan purnama.
Layar Asap Kosmik
Debu antar bintang terdiri dari partikel-partikel kecil bahan padat yang melayang-layang di ruang antara bintang-bintang - dengan ukuran biasanya asap rokok. Itu tidak sama dengan debu yang kita bersihkan di rumah kita, dan sebenarnya Bumi adalah gumpalan debu kosmik raksasa! Ini bertanggung jawab untuk memblokir sekitar setengah dari semua cahaya yang dipancarkan dari bintang dan galaksi dan sangat mempengaruhi pandangan kita tentang Semesta. Awan berdebu ini memiliki lapisan perak, karena para astronom dapat `melihat 'debu yang memancarkan cahaya bintang yang dicuri menggunakan kamera khusus yang dirancang untuk bekerja pada panjang gelombang yang lebih panjang, di Infra-Red (IR: 10 - 100 mikron) dan Submillimeter ( sub-mm: 0,3 - 1mm) bagian dari spektrum elektromagnetik. Salah satu kamera tersebut disebut SCUBA dan terletak di Teleskop James Clerk Maxwell di Hawaii. SCUBA adalah instrumen buatan Inggris yang mendeteksi gelombang cahaya pada panjang gelombang sub-mm dan mampu melihat debu langsung ke tempat bintang dan galaksi terjauh ditemukan.
Awal Berdebu
Pengamatan baru-baru ini dengan SCUBA telah menunjukkan bahwa sejumlah besar debu ada di galaksi dan quasar ketika Semesta hanya 1/10 dari usia sekarang, jauh sebelum Bumi dan tata surya terbentuk. Kehadiran semua debu ini di alam semesta yang jauh memiliki dampak besar pada apa yang dapat dilihat oleh para astronom dengan teleskop optik raksasa mereka, karena membatasi jumlah cahaya bintang yang dapat melarikan diri dari galaksi yang jauh dan terlihat di Bumi.
Bahwa ada begitu banyak partikel padat di Semesta pada waktu yang begitu dini adalah kejutan besar bagi para astronom karena mereka percaya bahwa debu terutama terbentuk oleh angin dingin dari bintang raksasa merah di dekat akhir kehidupan mereka. Karena butuh waktu lama bagi bintang untuk mencapai tahap ini dalam evolusinya (Matahari akan memakan waktu sekitar 9 miliar tahun), maka tidak ada cukup waktu untuk begitu banyak debu dibuat dengan cara ini.
‘Debu telah disapu di bawah karpet kosmik - selama bertahun-tahun para astronom menganggapnya sebagai gangguan karena cara menyembunyikan cahaya dari bintang-bintang. Tetapi kemudian kami menemukan bahwa ada debu tepat di tepi Semesta, di bintang-bintang dan galaksi-galaksi paling awal, dan kami menyadari bahwa kami tidak mengetahui bahkan asal dasarnya, 'jelas Dr. Dunne.
Supernova juga membuat sejumlah besar elemen berat, seperti karbon dan oksigen, dan membuangnya ke ruang antarbintang. Ini adalah elemen yang membentuk tubuh kita dan, karena mereka juga elemen yang membentuk butiran debu, supernova telah lama menjadi tersangka utama dalam misteri asal usul debu kosmik. Karena hanya butuh beberapa juta tahun bagi bintang-bintang paling masif untuk mencapai akhir kehidupan dan meledak sebagai supernova, mereka dapat membuat debu dengan cukup cepat untuk menjelaskan apa yang terlihat di Semesta awal. Namun, sampai tim ini bekerja, hanya sejumlah kecil debu yang pernah ditemukan di supernova - meninggalkan para astronom dengan senjata api tetapi tidak ada 'asap'.
Haley Morgan, seorang mahasiswa PhD di Cardiff mengatakan, 'Jika supernova adalah debu' pabrik 'yang efisien, mereka masing-masing akan memproduksi lebih dari massa Matahari dalam debu.'
"Ketika bintang-bintang masif berevolusi menjadi supernova dalam sekejap mata berdasarkan standar astronomi, mereka dapat dengan mudah menjelaskan mengapa Semesta awal tampak sangat berdebu," tambah Dr Rob Ivison dari Royal Observatory Edinburgh.
Supernova Sleuths
Tim dari Cardiff dan Edinburgh menggunakan SCUBA untuk mencari emisi dari debu di sisa-sisa supernova baru-baru ini. Cassiopeia A adalah sisa dari supernova yang terjadi sekitar 320 tahun yang lalu. Terletak di konstelasi Cassiopeia, 11.000 tahun cahaya dari Bumi dan sekitar 10 tahun cahaya. Cas A adalah sumber radio paling terang di langit sehingga dipelajari dengan baik pada banyak panjang gelombang dari optik hingga sinar-X. Gambar di bawah ini menunjukkan Cas A dalam sinar-X, optik, infra merah dan radio. Sinar-X mengikuti gas yang benar-benar panas (10 juta derajat Kelvin), dan panjang gelombang lainnya melacak bahan pada: 10 ribu derajat (optik), debu panas pada 100 K (IR) dan elektron energi tinggi (radio).
Meskipun para astronom telah mencari debu di sisa-sisa supernova selama beberapa dekade, mereka telah menggunakan instrumen yang hanya dapat mendeteksi debu yang cukup hangat, seperti pada gambar infra merah ISO di atas. SCUBA memiliki keunggulan di sini karena dapat melihat debu yang sangat dingin dan ini karena ia bekerja pada panjang gelombang yang lebih panjang dari sub-mm.
'Dengan cara yang sama kamu hanya bisa melihat poker besi bersinar ketika sedang dalam api, kamu hanya bisa melihat debu dengan kamera infra-merah ketika lebih hangat dari sekitar 25 Kelvin, tetapi SCUBA bisa melihatnya ketika lebih dingin juga' Steve Dr Eales menjelaskan, Pembaca dalam Astrofisika di Universitas Cardiff.
Bukti Keras dan Dingin
SCUBA menemukan sejumlah besar debu di sisa-sisa Cas A, 1-4 kali lebih banyak daripada massa Matahari! Ini lebih dari 1.000 kali lebih banyak daripada yang pernah terlihat sebelumnya. Ini berarti bahwa Cas A sangat efisien dalam menciptakan debu dari elemen yang tersedia. Suhu debu sangat rendah, hanya 18 Kelvin (-257 derajat Celcius), dan ini adalah alasan yang belum pernah terlihat sebelumnya. Di bawah ini adalah dua gambar sub-mm dari Cas A pada 850 dan 450 mikron yang diambil dengan SCUBA. Anda dapat melihat bahwa gambar kiri sedikit mirip dengan radio di atas, dan ini karena elektron berenergi tinggi yang membuat gambar radio juga memancarkan sebagian energinya pada panjang gelombang yang sedikit lebih pendek - mencemari emisi sub mm pada 850 mikron. Gambar tengah adalah pada 450 mikron di mana kontaminasi jauh lebih rendah, dan sebagian besar emisi ini berasal dari debu dingin. Jika kita menghapus kontaminasi, kita mendapatkan gambar yang berbeda (kanan). Semua debu terlihat di bagian bawah sisa dan dua gambar sub-mm sekarang terlihat jauh lebih mirip!
850 mikron tanpa kontaminasi radio
'Teka-teki adalah bagaimana debu dapat tetap dingin ketika kita tahu ada gas pada lebih dari satu juta derajat yang hadir dari radiasi sinar-X yang dihasilkannya,' komentar Prof. Mike Edmunds, kepala School of Physics & Astronomy di Cardiff.
Debu juga memiliki sifat yang berbeda dengan jenis debu 'sehari-hari' di Bima Sakti dan galaksi lain - lebih baik di 'bersinar' di sub-mm, mungkin karena masih sangat muda dan relatif masih asli. Jika semua supernova efisien dalam membuat debu, mereka akan menjadi 'pabrik' debu terbesar di Galaxy. Supernova yang merokok memberikan solusi bagi misteri debu dalam jumlah sangat besar yang terlihat di Semesta awal.
"Pengamatan ini memberi kita gambaran menggoda tentang bagaimana partikel padat pertama di Alam Semesta diciptakan," kata Haley Morgan.
Sumber Asli: Siaran Berita Universitas Cardiff
