X-ray(röntgen-strålande) Stjärn Stoft

Översättning från: NASA-mail
Astronomer vid Chandra X-ray Observatoriet ser hur supernovor sprayar livets grundatomer ut i världsrymden.

För att göra en äppelpaj från grunden, måste man först tillverka universum. Carl Sagan

Juli 18, 2000 -- Studenter i naturvetenskap, som brottas med sina läxor i organisk kemi , skulle kanske bli förlåtna om dom drömde om ett universum utan kol och syre. Våra vanliga matvaror som spagetti och pommes frites vore okända i ett kolfritt kosmos, men all kemi skulle vara en barnlek.

Så såg universum ut för ca 10 miljarder år sedan. Enligt big bang- teorin, strax innan de första stjärnorna formades var kosmos uppbyggt helt av dom tre enklaste atomerna väte(H), helium(He) och en liten mängd lithium(Li). Det var som kemistudenternas dröm. Där fanns inte syre eller kolatomer eller andra atomer som bygger upp periodiska systemet idag.

En titt runt i vår omgivning bevisar att tiderna har förändrats. Lätta atomer, som byggde upp det tidiga universum, är sällsynta på jorden, medan jorden och vi själva består mest av tyngre atomer, som kväve och syre.

Vad har hänt från då till nu? - - - stjärnornas födelse.

De första stjärnorna som formades av kollapsande gasmoln för 10 miljarder år sedan, bestod av väte och helium. Alltefter som gravitationen fick dom att dra ihop sig, ökade temperaturen i deras centrum tills det uppstod en kärnreaktion(fusion, samma process som pågår i solen idag). I en sådan kärnreaktor kolliderar lätta atomer, som väte(H) och helium(He) och formar tyngre grundämnen. I medelstora stjärnor bildas kol, kväve och syre. Stjärnor 10 ggr solens massa kan bilda så tunga atomer som järn(Fe), innan dom exploderar i en katalyserande supernova. Tyngre atomer än järn bildas i supernovors explosionsvågor, som uran och plutonium. Stoft från supernovor förser universum med råmaterial till solida planeter och livets byggstenar.

"Vi är stjärnstoft" Carl Sagan.

Sign up for EXPRESS SCIENCE NEWS delivery

Ovan Det finns två sorters kärnreaktioner i stjärnorna, kol-kväve-cykeln ("CNO cykeln,") och väte-väte-cykeln ("HH cykeln"). I CNO-cykeln bildas helium av väte med hjälp av kolatomer som katalysator. Den här bilden baseras på ett diagram från Lawrence Berkeley Lab's " Bildandet av de tyngre atomerna" websajt.

Forskarna som använder NASA's Chandra X-ray Observatorium studerar i detalj material från en av de yngsta supernovaresterna i vår galax. Cassiopeia A - förkortat Cas A - är en rest av en stjärna, som exploderade för ca 9400 år sedan, och ganska nära vår sol, ca 9100 ljusår bort. Den borde alltså ha varit starkt lysande omkring mitten av 1600-talet, men omnämns inte, utom av Sir John Flamstead i England, som kanske såg Cas A 1670. Men trodde att det var en stjärna, och följde inte upp observationen. Inga andra noteringar finns.

Cas A är en blek punkt i vanligt ljus, men dess enorma skal (13 ljusår tvärs över) är fyllt med 30 miljoner K grader het gas som lyser glödande i röntgenstrålningens spektrum, Mer om spektrum , gasen(resterna av stjärnan) är ungefär 1/6 av månens bredd, sedd från jorden, så det är ett attraktivt mål för det starka Chandra X-ray teleskopet.

Höger: En Chandra x-ray bild av Cas A supernova rest är insatt över en bild av full Månen för att jämföra deras storlekar. Månen är 30 bågminuter tvärs över; Cas A är ungefär 5 bågminuter bred. Månen är egentligen mycket mindre än Cassiopeia A, men ser större ut för att den är så nära. Cas A är 3 ggr så bred som avståndet till vår närmaste grannstjärna, Alfa Centauri.

Chandra har ett instrument kallat "Avancerat CCD Bild Spektrometer" (ACIS) som kan mäta energin i mottagna röntgenfotoner, och koppla dom till kemiska partiklar. Med ACIS, kan astronomerna ta bilder av Cas A som visar tyngre atomer, som syre, kisel och järn i supernovans snabbt expanderande skal, och visar hur detta blandas i universums moln av gas och stoft.

Bara förra månaden publicerade NASA nya ACIS-bilder av Cas A i våglängder emitterade av joner från kisel(Si), calcium(Ca) och järn(Fe). På vänstra(east) sidan av supernovans skal, visar bilder av Ca och Si snabba jet-strömmar mot relativt tomma områden av rymden. Forskarna tror att jet-strömmarna indikerar en osymmetri i supernova- explosionen. På andra sidan visar observationer i radiofrekvens och andra våglängder att Cas A plogar sig fram mot ett interstellärt gas- moln av molekyler i skalets utkanter.

Ovan: Chandra X-ray Bilder av Cas A supernova rest. kisel(silicon) bilden visar en klar, bred jetström som går mot övre vänstra hörnet av resterna, och svaga strömmar åt andra hållet. Calcium bilden liknar den av kisel, men är svagare och mer oregelbunden. Järn(iron) bilden är olik dom andra. Eftersom järn är tyngst, indikerar kartorna att stjärnans lager blandades om, antingen före eller efter explosionen. Källa: NASA/GSFC/U. Hwang et al.

Det är klara skillnader mellan bilderna av Calcium och Kisel resp järn, som är klumpigare och visar ingen klar jetström. Järnrikt material kommer från stjärnans centrum, där temperaturen är högst. Forskarna har undersökt dessa kartor grundligt, och upptäckt att järnrika knopar(moln) från stjärnans innersta, ser ut att befinna sig längst ut i restmolnet. Mao har det slungats länst ut av explosionen som bildade Cas A. [ mer information]

Cas A's yttre ram expanderar med 800 km/s (ungefär 2.88 million km/h). Detta är snabbt nog för att bilder tagna med åratal mellan, bör visa hur skalet expanderar och kyls av. Genom att studera dessa förändringar hoppas forskarna kunna förstå hur snabbt, och i vilken form olika material inlemmas i rymdens stoftmoln.

Vänster: Cassiopeia A är för svag för att ses med blotta ögat, men det är lätt att se var resterna finns på norra stjärnhimlen. Gå ut strax efter solnedgången, och sök ungefär 45 grader upp. Dra en linje från karlavagnens två sista stjärnor, tvärs över polstjärnan, och nästan lika långt på andra sidan polstjärnan.

Trots att det har gått 10 miljarder år efter stjärnornas födelse, är väte och helium fortfarande de ojämförligt mest förekommande atomerna i världsrymden. Att det finns så gott om tyngre atomer på jorden, beror på att väte och helium är flyktiga gaser, som solstrålningen har blåst bort från jordliknande planeter med låg gravitation. Motsatsen är Jupiter, som i likhet med solen, är nästan helt uppbyggd av väte.

Tyngre atomer kanske förblir sällsynta i kosmos, men de är absolut avgörande för oss. Utan dem skulle solida stenplaneter inte finnas, och möjligheter till jordliknande liv vore små. Järnatomerna som flyger omkring i Cas A molnet, kanske en dag utgör hemoglobin i blodet på en framtida alien livsform. De snabbt flygande kiselklumparna från supernovan, kanske blir råmaterial till sandstränder på andra planeter, där brusande vågor av H₂O sänder åskliknande ljudvågor genom en kväverik atmosfär. Och kanske just där, i den lockande främmande miljön, hårt arbetande studenter, distraherade av det avlägsna brusandet av vågorna, kanske önskade sig mindre organisk kemi, och mer tid vid stranden.

NASA's Marshall Space Flight Center sköter om Chandras program. TRW, Inc., Redondo Beach, CA, har huvudkontraktet till rymdfarkosten. The Smithsonian's Chandra X-ray Center styr forskningen, och manövrerar farkosten från Cambridge Massachusets.

Chandra goes prospecting inside a supernova - 1999 Science@NASA story

Chandra Home Page - from the Harvard Smithsonian Center for Astrophysics

Chandra Newsroom - from the NASA Marshall Space Flight Center