Тема:

Звёзды и звёздные системы 10 суток назад

Источником загадочного космического излучения оказались наноалмазы

Алмазы в протопланетной пыли оказались источником особых электромагнитных волн, принятых земными телескопами.
Иллюстрация S. Dagnello, NRAO/AUI/NSF.

Аномальное микроволновое излучение (AME) нашей галактики испускается наноалмазами. Такой вывод изложен в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy группой во главе с Джейн Грейвс (Jane Greaves) из Кардиффского университета в Великобритании.

Природа этого излучения давно волновала учёных.

"Хотя мы знаем, что за этот микроволновый "свет" отвечает какой-то тип частиц, его точный источник для нас загадка с тех пор, как он был впервые обнаружен почти 20 лет назад", – объясняет Грейвс в пресс-релизе исследования.

Астрономы за все эти годы подробно изучили характеристики принимаемых электромагнитных волн. В частности, было обнаружено несколько пиков яркости на частотах в десятки гигагерц. Исходя из этого, физики, так сказать, назначили несколько кандидатов на роль источника. До сих пор наиболее вероятной кандидатурой считались полициклические ароматические углеводороды (ПАУ). Спектральную "подпись" этих веществ недавно действительно удалось обнаружить в космосе. Однако причастность этих веществ к испусканию AME оставалась не более чем правдоподобной версией.

Дополнительная трудность состоит в том, чтобы установить астрономический объект, который "светится". Ведь телескоп принимает излучение с некоторой площадки на небе, в которую попадают тела, расположенные на самых разных расстояниях от Земли.

Команда Грейвс решила эту проблему, наблюдая хорошо известные объекты – протопланетные диски вокруг молодых звёзд. Всего авторы с помощью радиотелескопов GBT и ATCA исследовали 14 таких объектов. Три из них оказались источниками AME.

"Это первое чёткое обнаружение аномального микроволнового излучения, поступающего от протопланетных дисков", – поясняет Дэвид Фрэйер (David Frayer) из Обсерватории Грин-Бэнк, соавтор исследования.

Вся соль открытия в том, какие именно это диски. Человечеству известно ровно три подобных объекта (V892 Tau, HD 97048 и MWC 297), в которых независимые наблюдения обнаружили наноалмазы. Как обнаружила команда Грейвс, именно эта "троица" и испускает загадочное излучение.

Между тем протопланетные диски, где другим исследователям удавалось обнаружить линии ПАУ, не показали никаких признаков AME. Это и навело авторов на мысль, что источником "микроволнового света" являются алмазы, а не углеводороды.

Чтобы обосновать свои предположения, учёные провели статистический анализ. Исследователи рассчитали вероятность того, что результат является случайным (например, между телескопом и "алмазным" диском находится другой источник AME).

"Есть лишь один шанс на 10000 или ещё меньше, что эта связь является случайной", – говорит Фрэйер.

"Используя метод Шерлока Холмса, исключая все альтернативные объяснения, мы можем с уверенностью сказать, что лучшим кандидатом, способным продуцировать это микроволновое свечение, являются наноалмазы вокруг этих недавно образовавшихся звёзд", – вторит ему Грейвс.

При этом учёные полагают, что драгоценные камни размером 0,75–1,1 нанометра – отнюдь не редкость во Вселенной. Они должны составлять 1–2% общей массы углерода в любом протопланетном диске. Там они образуются в ходе затвердевания перегретого газообразного углерода. К слову, примерно так наноалмазы производят в некоторых земных лабораториях.

"Бриллианты" похожего размера находят и в метеоритах, реликтах ранней юности Солнечной системы. Вообще, различные доказательства существования наноалмазов в протопланетных дисках накапливаются уже несколько десятилетий.

Исследователи также объяснили, как наноалмазы порождают AME. Кристаллы наноалмазов обладают дипольным моментом. Благодаря этому, вращаясь вокруг своей оси, они могут порождать электромагнитные волны. Это особенно верно для гидратированных наноазмазов (в их составе можно найти атомы водорода).

Поскольку наноалмазы гораздо меньше обычных частиц космической пыли, они и вращаются куда быстрее. Это и позволяет им излучать на "удачной" микроволновой частоте: их сигнал не тонет в галактическом фоне. Эти электромагнитные волны, как полагают авторы, и известны нам как AME.

Почему же тогда каждый протопланетный диск, которых известно огромное количество, не является источником этих лучей? Дело в том, что драгоценные камешки весьма капризны. Чтобы "светиться" достаточно ярко для действующих телескопов, им нужна звезда необычно большой светимости. Как раз такие звёзды и находятся в центре трёх описанных выше дисков.

"Это замечательное и неожиданное решение головоломки аномального микроволнового излучения", – заключает Грейвс.

Полученный результат важен не только как объяснение природы загадочного явления. Это новый "канал связи" для исследования протопланетных облаков, из которых прямо у нас на глазах возникают новые миры. В таком процессе когда-то образовалась и Земля, так что наблюдения далёких звёзд могут пролить свет на историю нашей собственной планеты.

Кроме того, у открытия есть и ещё один аспект. "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) подробно рассказывали об инфляционной модели образования Вселенной. Чтобы подтвердить эту волнующую теорию, астрономам нужно как можно точнее измерить поляризацию реликтового излучения. А для этого важно исключить все возможные помехи.

Если AME действительно являются продуктом вращения наноалмазов, то поляризацию этих волн легко рассчитать, и она должна быть очень малой. Поэтому можно учесть вклад этого излучения в общий сигнал и точнее выделить характеристики реликтового фона.

Авторы надеются собрать ещё больше информации об AME и окончательно подтвердить своё открытие, когда в строй вступит новый приёмник для радиотелескопа ALMA и следующее поколение массива радиотелескопов VLA.

К слову, "Вести.Наука" не раз писали о драгоценных камнях в безднах космоса. Например, мы рассказывали о бриллиантовых дождях в недрах планет и о целых мирах, более чем на треть состоящих из алмазов.

Сегодня