17 юни 2018 г.


От десетилетия астрономите търсят обяснение за наблюдаваните в различни региони на Млечния път слаби микровълнови излъчвания. Наричат ги аномални микровълнови емисии (Аnomalous microwave emission, AME), и се оказва, че тези лъчения идват от енергията, излъчвана от бързовъртящи се наночастици – толкова малки късове материя, че се оказват неоткриваеми за микроскопите, с които разполагаме. За сравнение, точката в края на изречение в печатен текст обикновено е с размер приблизително 500 000 нанометра.

„Въпреки че сме наясно, че за тези микровълнови лъчения са отговорни някакъв вид малки частици, точният източник на емисиите си остава необяснен, откакто преди 20 години за пръв път регистрирахме AME“, обяснява Джейн Грийвс, астроном от Университета в Кардиф, Уелс, водещ автор в изследването, публикувано в Nature Astronomy. Досега, като най-вероятен „виновник“ за аномалното микровълново излъчване се смятаха клас органични молекули – полициклични ароматни въглеводороди (PAHs): въглеродни молекули, чието наличие в междузвездното пространство е регистрирано и се разпознава по наличието на слабо инфрачервено излъчване. Нанодиамантите, в частност хидрогенираните, които са свързани с молекули водород на повърхността си, също емитират в инфрачервения диапазон от спектъра, но с друга дължина на вълната.

Астрономите провеждат серия от наблюдения с телескопа в Грийн Банк. Обект на наблюденията им са три известни източници на АМЕ – протопланетните дискове около млади звезди, означавани в каталозите като V892 Tau, HD 97048 и MWC 297.
„За пръв път разполагаме с категорично регистрирани аномални микровълнови емисии, пристигащи от протопланетни дискове“, обяснява Дейвид Фрайер, съавтор в изследването.
Астрономите подчертават, че инфрачервеното излъчване, пристигащо от тези системи, съответства на характерния вълнови „подпис“ на нанодиамантите. При други протопланетни дискове в Млечния път също са наблюдавани ясните инфрачервени следи на PAHs, но при тях липсва АМЕ лъчението. Това категорично предполага, че PAHs не са мистериозните източници на аномалните микровълнови емисии, както се смяташе досега. По-скоро източник на АМЕ са хидрогенираните нанодиаманти, които естествено се образуват в протопланетните дискове. Такива частици са откривани и в метеорити, паднали на Земята и те са новият кандидат-източник на АМЕ лъченията в галактиката ни.



„С методите, подобни на използваните от Шерлок Холмс с елиминирането на всички други невъзможни обяснения, можем уверено да твърдим, че най-вероятният кандидат, способен да генерира аномалните микровълнови емисии, е наличието на нанодиаманти в пространството около наблюдаваните млади звезди“, пише Грийвс. Изчисленията на екипа показват, че около 1-2 % от всичкия въглерод в протопланетните дискове около младите звезди, се е превърнал в нанодиаманти.

През последните десетилетия са получени много доказателства за наличието на нанодиаманти в протопланетни дискове. Но това изследване е първото, което посочва ясната връзка между нанодиамантите и АМЕ.
Статистическите модели също подкрепят предположението, че нанодиамантите са в изобилие около млади звезди и са отговорни за АМЕ, наблюдавани в такива условия. „Шансовете такава връзка да се дължи на чиста случайност, е едно на 10 000“, подчертава Фрайър.

В изследването учените наблюдават 14 млади звезди в Млечния път, опитвайки да регистрират следи от аномални микровълнови емисии. При 3 от 14-те са установени ясни следи от инфрачервения спектрален подпис на хидрогенирани нанодиаманти. Това откритие има интересни последици за космологията и търсенето на доказателства, че Вселената ни се намира в период на инфлация. Ако веднага след Големия взрив мирозданието се е разширявало с темпове, значително надхвърлящи скоростта на светлината, следа от този период на инфлация би трябвало да се регистрира в една особена поляризация на космическия микровълнов фон. Такава поляризация все още не може да се твърди, че е категорично установена, но работата на Грийвс и колегите ѝ подхранва надеждите, че това може да се случи.

„Изследването носи добри новини за онези, които изучават поляризацията на космическия микровълнов фон, тъй като излъчването от въртящите се нанодиаманти в най-добрия случай ще бъде слабо поляризиран“, обяснява Брайън Мейсън, астроном от Националната радио обсерватория, който е част от екипа. „Това от своя страна означава, че астрономите могат да съставят по-добри модели на микровълновия фон в галактиката ни, който следва да бъде „елиминиран“, когато се извършват наблюдения на далечни обекти, целящи проучване на следите от Големия взрив“.



Нанодиамантите най-вероятно се формират от свръхнагретите пари от въглеродни атоми в силно енергизираните региони около млади звезди. Това е сходен начин, по който на Земята се получават в индустриални условия нанодиаманти. В астрономията нанодиамантите са особено важни, защото структурата им произвежда т.нар. „диполен момент“ – подреждането на атомите им позволява да емитират електромагнитно излъчване, когато се въртят. Тъй като тези частици са изключително малки – много по-малки от праховите частици в протопланетните дискове – те са способни да се въртят с огромни скорости, излъчвайки в микровълновия диапазон, а не в метровия диапазон, където галактичното и междугалактичното лъчене биха ги „размили“.

„Решението, до което достигнахме за произхода на аномалните микровълнови емисии, е колкото неочаквано, толкова и логично. По-интересното е, че достигнахме до него чрез наблюдения на протопланетни дискове, а с това получаваме и нова информация за химическите характеристики на ранните звездни системи, в това число и нашата Слънчева система“, казва в заключение Грийвс.

0 коментара:

Публикуване на коментар

Може да ви е интересно...