ماذا يسمي العلماء مجموعات الغبار الكوني؟ الغبار بين النجوم

من حيث الكتلة، تشكل جزيئات الغبار الصلبة جزءا ضئيلا من الكون، ولكن بفضل الغبار بين النجوم، نشأت النجوم والكواكب والأشخاص الذين يدرسون الفضاء ويعجبون ببساطة بالنجوم ويستمرون في الظهور. ما هو نوع المادة هذا الغبار الكوني؟ ما الذي يجعل الناس يجهزون رحلات استكشافية إلى الفضاء تكلف الميزانية السنوية لدولة صغيرة على أمل، وليس على ثقة راسخة، في استخراج وإعادة حفنة صغيرة من الغبار بين النجوم إلى الأرض؟

بين النجوم والكواكب

في علم الفلك يسمى الغبار صغيرا، حجمه أجزاء من الميكرون، الجسيمات الدقيقهتحلق في الفضاء الخارجي. غالبًا ما يتم تقسيم الغبار الكوني بشكل تقليدي إلى بين الكواكب وبين النجوم، على الرغم من أنه من الواضح أن الدخول بين النجوم إلى الفضاء بين الكواكب ليس محظورًا. ليس من السهل العثور عليه هناك، فبين الغبار "المحلي" يكون الاحتمال منخفضًا، ويمكن أن تتغير خصائصه بالقرب من الشمس بشكل كبير. الآن، إذا سافرت بعيدًا، إلى الحدود النظام الشمسي، هناك احتمالية التقاط غبار حقيقي بين النجوم عالية جدًا. خيار مثاليتجاوز النظام الشمسي تمامًا.

الغبار بين الكواكب، على الأقل في القرب النسبي من الأرض، هو مادة مدروسة إلى حد ما. ملء كامل مساحة النظام الشمسي وتركيزه في مستوى خط الاستواء، وقد ولد إلى حد كبير نتيجة الاصطدامات العشوائية للكويكبات وتدمير المذنبات التي تقترب من الشمس. في الواقع، لا يختلف تكوين الغبار عن تكوين النيازك التي تسقط على الأرض: فمن المثير للاهتمام دراسته، ولا يزال هناك العديد من الاكتشافات التي يتعين القيام بها في هذا المجال، ولكن يبدو أنه لا يوجد شيء محدد دسيسة هنا. ولكن بفضل هذا الغبار بالذات، في الطقس الجيد في الغرب مباشرة بعد غروب الشمس أو في الشرق قبل شروق الشمس، يمكنك الاستمتاع بمخروط شاحب من الضوء فوق الأفق. هذا هو ما يسمى البروج ضوء الشمس، متناثرة بواسطة جزيئات الغبار الكوني الصغيرة.

أين الغبار أكثر إثارة للاهتمامواقع بين النجوم. السمة المميزة لها هي الوجود النواة الصلبةوالقذائف. يبدو أن النواة تتكون أساسًا من الكربون والسيليكون والمعادن. وتتكون القشرة في الغالب من المجمدة على سطح النواة العناصر الغازية، ويتبلور في ظروف "التجميد العميق" للفضاء بين النجوم، وهذا حوالي 10 كلفن والهيدروجين والأكسجين. ومع ذلك، هناك شوائب من الجزيئات الأكثر تعقيدا. هذه هي الأمونيا والميثان وحتى متعدد الذرات جزيئات عضويةالتي تلتصق بذرة من الغبار أو تتشكل على سطحها أثناء تجوالها. بعض هذه المواد، بالطبع، تطير بعيدا عن سطحها، على سبيل المثال، تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية، ولكن هذه العملية قابلة للعكس - بعضها يطير بعيدا، والبعض الآخر يتجمد أو يتم تصنيعه.

الآن في الفضاء بين النجوم أو بالقرب منها، تم بالفعل العثور على الماء وأكاسيد الكربون والنيتروجين والكبريت والسيليكون، بالطبع، ليس عن طريق المواد الكيميائية، ولكن عن طريق الطرق الفيزيائية، أي الطيفية. كلوريد الهيدروجينالأمونيا، الأسيتيلين، الأحماض العضوية، مثل حمض الفورميك والخليك، وكحولات الإيثيل والميثيل، والبنزين، والنفثالين. حتى أنهم وجدوا الحمض الأميني جليكاين!

سيكون من المثير للاهتمام التقاط ودراسة الغبار بين النجوم الذي يخترق النظام الشمسي وربما يسقط على الأرض. مشكلة "الإمساك" ليست سهلة، لأن كيفية الحفاظ على "معطف" الجليد الخاص بك بداخله أشعة الشمسولا ينجح سوى عدد قليل من جزيئات الغبار بين النجوم، خاصة في الغلاف الجوي للأرض. الكبيرة تصبح ساخنة جدًا سرعة الهروبلا يمكن إخمادها بسرعة، وجزيئات الغبار "تحترق". ومع ذلك، تنزلق الكائنات الصغيرة في الغلاف الجوي لسنوات، وتحافظ على جزء من الصدفة، ولكن هنا تبرز مشكلة العثور عليها والتعرف عليها.

هناك تفصيل آخر مثير للاهتمام للغاية. يتعلق الأمر بالغبار الذي تتكون نواته من الكربون. يتم تصنيع الكربون في نوى النجوم وإطلاقه في الفضاء، على سبيل المثال، من الغلاف الجوي للنجوم القديمة (مثل العمالقة الحمراء)، التي تطير إلى الفضاء بين النجوم، وتبرد وتتكثف بنفس الطريقة التي يحدث بها الضباب من التبريد بعد يوم حار. يتجمع بخار الماء في الأراضي المنخفضة. اعتمادًا على ظروف التبلور، يمكن الحصول على هياكل طبقات من الجرافيت وبلورات الماس (فقط تخيل سحبًا كاملة من الماس الصغير!) وحتى كرات مجوفة من ذرات الكربون (الفوليرين). وربما، كما هو الحال في الخزنة أو الحاوية، يتم تخزين جزيئات الغلاف الجوي لنجم قديم جدًا. إن العثور على مثل هذه البقع من الغبار سيكون بمثابة نجاح كبير.

أين يوجد الغبار الكوني؟

يجب أن أقول إن مفهوم الفراغ الكوني كشيء فارغ تمامًا ظل لفترة طويلة مجرد استعارة شعرية. في الواقع، فإن مساحة الكون بأكملها، سواء بين النجوم أو بين المجرات، مليئة بالمادة، وتتدفق الجسيمات الأوليةوالإشعاع والمجالات المغناطيسية والكهربائية والجاذبية. كل ما يمكن لمسه، نسبيًا، هو الغاز والغبار والبلازما، والتي تبلغ مساهمتها في الكتلة الإجمالية للكون، وفقًا لتقديرات مختلفة، حوالي 12٪ فقط. كثافة متوسطةحوالي 10-24 جم/سم3. يوجد معظم الغاز في الفضاء، بنسبة 99% تقريبًا. يتكون هذا بشكل أساسي من الهيدروجين (ما يصل إلى 77.4٪) والهيليوم (21٪)، ويمثل الباقي أقل من 2٪ من الكتلة. ثم هناك الغبار، وكتلته أقل بحوالي مائة مرة من الغاز.

على الرغم من أن الفراغ في الفضاء بين النجوم وبين المجرات يكون في بعض الأحيان مثاليًا تقريبًا: ففي بعض الأحيان يكون هناك لتر واحد من الفضاء لكل ذرة من المادة! ولا يوجد مثل هذا الفراغ سواء في المختبرات الأرضية أو داخل النظام الشمسي. للمقارنة يمكننا إعطاء المثال التالي: في 1 سم 3 من الهواء الذي نتنفسه يوجد ما يقرب من 30.000.000.000.000.000.000 جزيء.

يتم توزيع هذه المسألة في الفضاء بين النجوممتفاوتة للغاية. معظميشكل الغاز والغبار بين النجوم طبقة غبار غازي بالقرب من مستوى تناظر القرص المجري. يبلغ سمكها في مجرتنا عدة مئات من السنين الضوئية. يتركز معظم الغاز والغبار الموجود في فروعه الحلزونية (أذرعه) ونواته بشكل رئيسي في سحب جزيئية عملاقة يتراوح حجمها من 5 إلى 50 فرسخ فلكي (16 × 160 سنة ضوئية) ويصل وزنها إلى عشرات الآلاف وحتى الملايين من كتل الشمس. لكن داخل هذه السحب تتوزع المادة أيضًا بشكل غير منتظم. في الحجم الرئيسي للسحابة، ما يسمى بمعطف الفرو، المصنوع بشكل رئيسي من الهيدروجين الجزيئي، تبلغ كثافة الجزيئات حوالي 100 قطعة لكل 1 سم 3. وتصل في الكثافات داخل السحابة إلى عشرات الآلاف من الجزيئات في 1سم3، وفي نوى هذه الكثافات تصل عموماً إلى ملايين الجزيئات في 1سم3. إن هذا التوزيع غير المتكافئ للمادة في الكون هو الذي يدين بوجود النجوم والكواكب، وفي النهاية، بوجود أنفسنا. لأنه في السحب الجزيئية، الكثيفة والباردة نسبيا، تولد النجوم.

والأمر المثير للاهتمام هو أنه كلما زادت كثافة السحابة، زاد تنوع تركيبها. في هذه الحالة، هناك مراسلات بين كثافة ودرجة حرارة السحابة (أو أجزائها الفردية) وتلك المواد التي توجد جزيئاتها هناك. من ناحية، يعد هذا مناسبًا لدراسة السحب: من خلال مراقبة مكوناتها الفردية في نطاقات طيفية مختلفة على طول الخطوط المميزة للطيف، على سبيل المثال CO أو OH أو NH 3، يمكنك "إلقاء نظرة خاطفة" على جزء أو آخر منه . من ناحية أخرى، تتيح لنا البيانات المتعلقة بتكوين السحابة معرفة الكثير عن العمليات التي تحدث فيها.

بالإضافة إلى ذلك، في الفضاء بين النجوم، إذا حكمنا من خلال الأطياف، هناك مواد يكون وجودها في الظروف الأرضية مستحيلا بكل بساطة. هذه هي الأيونات والجذور. هُم النشاط الكيميائيعالية جدًا لدرجة أنهم يتفاعلون على الأرض على الفور. وفي الفضاء البارد المخلخل من الفضاء يعيشون لفترة طويلة وبكل حرية.

بشكل عام، الغاز الموجود في الفضاء بين النجوم ليس ذريًا فقط. عندما يكون الجو أكثر برودة، بما لا يزيد عن 50 كلفن، تتمكن الذرات من البقاء معًا وتشكيل الجزيئات. لكن كتلة كبيرةالغاز بين النجوم لا يزال في الحالة الذرية. تم اكتشاف شكله المحايد بشكل أساسي مؤخرًا نسبيًا - في عام 1951. وكما هو معروف، فإنها تبث موجات راديوية طولها 21 سم (ترددها 1420 ميجاهرتز)، بناءً على شدتها تم تحديد مقدارها الموجود في المجرة. وبالمناسبة، فهي ليست موزعة بشكل موحد في الفضاء بين النجوم. يصل تركيزه في سحب الهيدروجين الذري إلى عدة ذرات لكل 1 سم 3، ولكن بين السحب يكون أقل من حيث الحجم.

وأخيرًا، بالقرب من النجوم الساخنة، يوجد الغاز على شكل أيونات. تعمل الأشعة فوق البنفسجية القوية على تسخين الغاز وتأينه، مما يؤدي إلى توهجه. ولهذا السبب تظهر المناطق ذات التركيز العالي من الغاز الساخن، والتي تبلغ درجة حرارتها حوالي 10000 كلفن، على شكل سحب مضيئة. وتسمى بالسدم الغازية الخفيفة.

وفي أي سديم، بكميات أكبر أو أقل، هناك غبار بين النجوم. على الرغم من حقيقة أن السدم تنقسم تقليديا إلى سدم غبارية وغازية، إلا أن هناك غبارا في كليهما. وعلى أية حال، يبدو أن الغبار هو الذي يساعد النجوم على التشكل في أعماق السدم.

كائنات ضبابية

من بين جميع الأجسام الكونية، ربما تكون السدم هي الأجمل. صحيح أن السدم المظلمة في النطاق المرئي تبدو ببساطة مثل البقع السوداء في السماء؛ ومن الأفضل ملاحظتها على خلفية مجرة ​​درب التبانة. ولكن في نطاقات أخرى موجات كهرومغناطيسيةعلى سبيل المثال، الأشعة تحت الحمراء، فهي مرئية بشكل جيد للغاية والصور غير عادية للغاية.

السدم هي تلك المعزولة في الفضاء، والمتصلة بقوى الجاذبية أو ضغط خارجيتراكم الغازات والغبار. يمكن أن تتراوح كتلتها من 0.1 إلى 10000 كتلة شمسية، ويمكن أن يتراوح حجمها من 1 إلى 10 فرسخ فلكي.

في البداية، أثارت السدم غضب علماء الفلك. حتى منتصف القرن التاسع عشر، كان يُنظر إلى السدم المكتشفة على أنها مصدر إزعاج مزعج يمنع رصد النجوم والبحث عن مذنبات جديدة. في عام 1714، الإنجليزي إدموند هالي، واسمه المذنب الشهيرحتى أنه قام بتجميع "قائمة سوداء" من ستة سدم حتى لا يضلل "صائدي المذنبات"، وقام الفرنسي تشارلز ميسييه بتوسيع هذه القائمة إلى 103 أجسام. ولحسن الحظ، أصبح الموسيقار السير ويليام هيرشل، الذي كان عاشقًا لعلم الفلك، وأخته وابنه مهتمين بالسدم. من خلال مراقبة السماء بالتلسكوبات التي بنوها بأنفسهم، تركوا وراءهم كتالوجًا من السدم وعناقيد النجوم يحتوي على معلومات حول 5079 الأجسام الفضائية!

استنفدت عائلة هيرشل عمليا قدرات التلسكوبات البصرية في تلك السنوات. ومع ذلك، فإن اختراع التصوير الفوتوغرافي و لحظة عظيمةأتاحت التعريضات العثور على كائنات مضيئة بشكل خافت جدًا. في وقت لاحق قليلا الطرق الطيفيةالتحليل، والملاحظات في نطاقات مختلفة من الموجات الكهرومغناطيسية جعلت من الممكن في المستقبل ليس فقط اكتشاف العديد من السدم الجديدة، ولكن أيضًا تحديد بنيتها وخصائصها.

يظهر السديم البينجمي ساطعًا في حالتين: إما أن يكون ساخنًا جدًا بحيث يتوهج غازه نفسه، وتسمى هذه السدم بالسدم الانبعاثية؛ أو أن يكون السديم نفسه باردا، لكن غباره يبعثر ضوء نجم لامع مجاور - فهو سديم انعكاسي.

السدم المظلمة هي أيضًا تراكمات بين النجوم من الغاز والغبار. لكن على عكس السدم الغازية الخفيفة، التي يمكن رؤيتها أحيانًا حتى بالمنظار القوي أو التلسكوب، مثل سديم أوريون، فإن السدم المظلمة لا تبعث الضوء، بل تمتصه. عندما يمر ضوء النجوم عبر هذه السدم، يمكن للغبار أن يمتصه بالكامل، ويحوله إلى أشعة تحت حمراء غير مرئية للعين. ولذلك، تبدو مثل هذه السدم وكأنها ثقوب بلا نجوم في السماء. هيرشل أطلق عليها اسم "ثقوب في السماء". ولعل أكثرها إثارة هو سديم رأس الحصان.

ومع ذلك، فإن حبيبات الغبار قد لا تمتص ضوء النجوم بشكل كامل، ولكنها تبعثره جزئيًا فقط، وبشكل انتقائي. والحقيقة هي أن حجم جزيئات الغبار بين النجوم قريب من الطول الموجي للضوء الأزرق، لذلك يتم تشتيته وامتصاصه بقوة أكبر، كما أن الجزء "الأحمر" من ضوء النجوم يصل إلينا بشكل أفضل. بالمناسبة، هذا طريقة جيدةتقدير حجم حبيبات الغبار من خلال كيفية تخفيف الضوء ذو الأطوال الموجية المختلفة.

نجمة من السحابة

لم يتم تحديد أسباب ظهور النجوم بدقة؛ لا يوجد سوى نماذج تشرح البيانات التجريبية بشكل أو بآخر. بالإضافة إلى مسارات التكوين والخصائص و مزيد من المصيرالنجوم متنوعة للغاية وتعتمد على عوامل كثيرة. ومع ذلك، هناك مفهوم راسخ، أو بالأحرى، الفرضية الأكثر تطورا، وجوهرها، في معظمها المخطط العام، هو أن النجوم تتشكل من الغاز بين النجوم في مناطق ذات كثافة متزايدة للمادة، أي في أعماق السحب بين النجوم. يمكن تجاهل الغبار كمادة، لكن دوره في تكوين النجوم هائل.

ويبدو أن هذا يحدث (في النسخة الأكثر بدائية، لنجم واحد). أولاً، تتكثف السحابة النجمية الأولية من الوسط النجمي، وقد يكون ذلك بسبب عدم استقرار الجاذبية، لكن الأسباب قد تكون مختلفة وليست واضحة تمامًا بعد. بطريقة أو بأخرى، تنقبض وتجذب المادة من المساحة المحيطة. وتزداد درجة الحرارة والضغط في مركزها حتى تبدأ الجزيئات الموجودة في مركز كرة الغاز المنهارة في التفكك إلى ذرات ثم إلى أيونات. تعمل هذه العملية على تبريد الغاز، وينخفض ​​الضغط داخل القلب بشكل حاد. ينقبض القلب، وتنتشر موجة الصدمة داخل السحابة، مما يؤدي إلى التخلص من طبقاتها الخارجية. ويتكون نجم أولي يستمر في الانكماش تحت تأثير الجاذبية حتى تبدأ التفاعلات في مركزه الاندماج النووي الحراريتحويل الهيدروجين إلى هيليوم. يستمر الضغط لبعض الوقت حتى القوة ضغط الجاذبيةلن تكون متوازنة من قبل قوى الغاز والضغط الإشعاعي.

ومن الواضح أن كتلة النجم الناتج تكون دائما أقل من كتلة السديم الذي "ولده". خلال هذه العملية، جزء من المادة، الذي لم يكن لديه وقت للسقوط على القلب، "يجرف" موجة الصدمة، ويتدفق الإشعاع والجسيمات ببساطة إلى الفضاء المحيط.

تتأثر عملية تكوين النجوم والأنظمة النجمية بعدة عوامل، بما في ذلك المجال المغناطيسي، الذي غالبًا ما يساهم في "تمزيق" السحابة النجمية الأولية إلى قسمين، ونادرا ما تكون ثلاث شظايا، يتم ضغط كل منها تحت تأثير الجاذبية إلى النجم الأولي الخاص به. هذه هي الطريقة، على سبيل المثال، العديد من المضاعفة أنظمة النجومنجمان يدوران حولهما المركز العامالجماهير والتحرك في الفضاء ككل واحد.

حينما تكبر وقود نوويفي أعماق النجوم يحترق تدريجيا، وأسرع المزيد من النجوم. في هذه الحالة، يتم استبدال دورة تفاعلات الهيدروجين بدورة الهيليوم، ثم نتيجة تفاعلات الاندماج النووي، تتشكل تفاعلات أثقل بشكل متزايد العناصر الكيميائية، وصولاً إلى الحديد. في النهاية، النواة، التي لم تعد تتلقى الطاقة من التفاعلات النووية الحرارية، يتناقص حجمها بشكل حاد، وتفقد استقرارها، ويبدو أن مادتها تسقط على نفسها. يحدث انفجار قوي، حيث يمكن للمادة أن تسخن حتى مليارات الدرجات، وتؤدي التفاعلات بين النوى إلى تكوين عناصر كيميائية جديدة، تصل إلى أثقلها. يصاحب الانفجار إطلاق حاد للطاقة وإطلاق المادة. ينفجر النجم في عملية تسمى المستعر الأعظم. في النهاية، سيتحول النجم، حسب كتلته، إلى النجم النيوترونيأو ثقب أسود.

وربما هذا ما يحدث بالفعل. وعلى أية حال، فلا شك أن النجوم الشابة، أي الساخنة، وعناقيدها تكون أكثر عددا في السدم، أي في المناطق ذات الكثافة المتزايدة للغاز والغبار. ويظهر هذا بوضوح في الصور التي التقطتها التلسكوبات في نطاقات أطوال موجية مختلفة.

وبطبيعة الحال، هذا ليس أكثر من تلخيص فظ لتسلسل الأحداث. بالنسبة لنا، هناك نقطتان مهمتان بشكل أساسي. أولاً، ما هو دور الغبار في عملية تكوين النجوم؟ وثانيا، من أين يأتي فعلا؟

المبرد العالمي

في الحجم الكلي المادة الكونيةالغبار نفسه، أي ذرات الكربون والسيليكون وبعض العناصر الأخرى مجتمعة في جزيئات صلبة، صغير جدًا لدرجة أنه على أي حال، مواد البناءإذ يبدو أنه من الممكن تجاهل النجوم. ومع ذلك، في الواقع، فإن دورهم عظيم - فهم هم الذين يبردون الغاز الساخن بين النجوم، ويحولونه إلى تلك السحابة الكثيفة شديدة البرودة، والتي تتشكل منها النجوم بعد ذلك.

والحقيقة هي أن الغاز بين النجوم في حد ذاته لا يمكن أن يبرد. الهيكل الإلكترونيذرة الهيدروجين قادرة على التخلي عن الطاقة الزائدة، إن وجدت، عن طريق إصدار الضوء في المناطق المرئية والأشعة فوق البنفسجية من الطيف، ولكن ليس في نطاق الأشعة تحت الحمراء. بالمعنى المجازي، لا يمكن للهيدروجين أن يشع الحرارة. ولكي يبرد بشكل صحيح، فإنه يحتاج إلى "ثلاجة"، تلعب دورها جزيئات الغبار بين النجوم.

أثناء الاصطدام بحبيبات الغبار بسرعة عالية، على عكس حبيبات الغبار الأثقل والأبطأ، تطير جزيئات الغاز بسرعة وتفقد سرعتها وتفقد سرعتها. الطاقة الحركيةتنتقل إلى ذرة من الغبار. كما أنه يسخن ويطلق هذه الحرارة الزائدة إلى الفضاء المحيط، بما في ذلك في شكل أشعة تحت الحمراء، بينما يبرد هو نفسه. وهكذا، من خلال امتصاص حرارة الجزيئات بين النجوم، يعمل الغبار كنوع من المبرد، مما يبرد سحابة الغاز. إنها ليست كبيرة في الكتلة - حوالي 1٪ من كتلة المادة السحابية بأكملها، ولكن هذا يكفي لإزالة الحرارة الزائدة على مدى ملايين السنين.

وعندما تنخفض درجة حرارة السحابة، ينخفض ​​الضغط أيضًا، وتتكاثف السحابة ويمكن أن تتولد منها النجوم. وبقايا المادة التي ولد منها النجم هي بدورها المادة الأولية لتكوين الكواكب. الآن يتضمن تكوينها بالفعل جزيئات الغبار، وفي أكثر. لأنه عند ولادته، يسخن النجم ويسرع كل الغاز المحيط به، بينما يبقى الغبار متطايرًا في مكان قريب. بعد كل شيء، فهو قادر على التبريد وينجذب إلى النجم الجديد أقوى بكثير من جزيئات الغاز الفردية. في النهاية، هناك سحابة غبار بالقرب من النجم حديث الولادة، وغاز غني بالغبار في محيطه.

لقد ولدوا هناك الكواكب الغازيةمثل زحل وأورانوس ونبتون. حسنا، تظهر النجوم في مكان قريب الكواكب الصخرية. بالنسبة لنا هو المريخ والأرض والزهرة وعطارد. اتضح تقسيمًا واضحًا إلى حد ما إلى منطقتين: الكواكب الغازية والكواكب الصلبة. لذلك تبين أن الأرض مكونة إلى حد كبير من حبيبات الغبار بين النجوم. أصبحت جزيئات الغبار المعدنية جزءا من قلب الكوكب، والآن تمتلك الأرض نواة حديدية ضخمة.

سر الكون الشاب

إذا تشكلت مجرة، فمن أين يأتي الغبار، من حيث المبدأ، يفهم العلماء ذلك. وأهم مصادرها هي المستعرات والمستعرات الأعظمية، التي تفقد جزءًا من كتلتها، و"تسقط" قشرتها في الفضاء المحيط بها. بالإضافة إلى ذلك، يولد الغبار أيضًا في الغلاف الجوي المتوسع للعمالقة الحمراء، حيث يتم اجتياحه حرفيًا عن طريق الضغط الإشعاعي. يوجد في جوها البارد، وفقًا لمعايير النجوم، (حوالي 2.5 إلى 3 ألف كلفن) الكثير من الجزيئات المعقدة نسبيًا.

ولكن هنا لغز لم يتم حله بعد. لقد كان يُعتقد دائمًا أن الغبار هو نتاج تطور النجوم. بمعنى آخر، يجب أن تولد النجوم، وتوجد لبعض الوقت، ثم تكبر، ثم، على سبيل المثال، أحدث تفشيالسوبرنوفا تنتج الغبار. ولكن ما الذي جاء أولاً - البيضة أم الدجاجة؟ الغبار الأول اللازم لولادة نجم، أو النجم الأول، الذي ولد لسبب ما دون مساعدة من الغبار، قد تقدم في السن، وانفجر، مكونًا الغبار الأول.

ماذا حدث في البداية؟ ففي نهاية المطاف، عندما حدث الانفجار الكبير قبل 14 مليار سنة، لم يكن هناك سوى الهيدروجين والهيليوم في الكون، ولم يكن هناك أي عناصر أخرى! عندها بدأت المجرات الأولى بالخروج منها، سحب ضخمة، وفيها النجوم الأولى، التي كان عليها أن تقطع رحلة طويلة. مسار الحياة. التفاعلات النووية الحراريةفي قلب النجوم كان عليهم "طهي" عناصر كيميائية أكثر تعقيدًا، وتحويل الهيدروجين والهيليوم إلى كربون ونيتروجين وأكسجين وما إلى ذلك، وبعد ذلك كان على النجم أن يرميها كلها في الفضاء، وينفجر أو يتخلص تدريجيًا من المادة. صدَفَة. ثم كان على هذه الكتلة أن تبرد وتبرد وتتحول في النهاية إلى غبار. ولكن بالفعل بعد 2 مليار سنة .الانفجار العظيم، في المجرات الأولى كان هناك غبار! وباستخدام التلسكوبات تم اكتشافه في مجرات تبعد عنا 12 مليار سنة ضوئية. وفي الوقت نفسه، فإن 2 مليار سنة هي فترة قصيرة جدًا بحيث لا يمكن إكمالها دورة الحياةالنجوم: خلال هذا الوقت، لا يتوفر لدى معظم النجوم الوقت الكافي للتقدم في السن. من أين جاء الغبار في المجرة الشابة، إذا لم يكن هناك شيء سوى الهيدروجين والهيليوم، فهو لغزا.

مفاعل قذى

لا يعمل الغبار بين النجوم كنوع من المبرد العالمي فحسب، بل ربما تظهر جزيئات معقدة في الفضاء بفضل الغبار.

والحقيقة هي أن سطح حبة الغبار يمكن أن يكون بمثابة مفاعل تتشكل فيه الجزيئات من الذرات وكمحفز لتفاعلات تركيبها. بعد كل شيء، احتمال وجود العديد من الذرات في وقت واحد عناصر مختلفةتتصادم عند نقطة واحدة، بل وتتفاعل مع بعضها البعض عند درجة حرارة أعلى قليلاً الصفر المطلق، صغيرة بشكل لا يمكن تصوره. لكن احتمال اصطدام ذرة من الغبار بالتتابع أثناء الطيران ذرات مختلفةأو الجزيئات، خاصة داخل السحابة الكثيفة الباردة، تكون كبيرة جدًا. في الواقع، هذا ما يحدث - هكذا تتشكل قشرة من حبيبات الغبار بين النجوم من الذرات والجزيئات المتجمدة الموجودة عليها.

على سطح صلب، تكون الذرات قريبة من بعضها البعض. تهاجر الذرات على طول سطح حبة الغبار بحثًا عن الموقع الأكثر ملاءمة من حيث الطاقة، وتلتقي الذرات، وتجد نفسها في مكان واحد. على مقربة، احصل على فرصة للرد فيما بينهم. وبطبيعة الحال، ببطء شديد وفقا لدرجة حرارة جزيئات الغبار. يمكن لسطح الجسيمات، وخاصة تلك التي تحتوي على قلب معدني، أن يظهر خصائص محفزة. يعرف الكيميائيون على وجه الأرض جيدًا أن المحفزات الأكثر فاعلية هي على وجه التحديد جزيئات لا يتجاوز حجمها جزءًا من الميكرون، والتي تتجمع عليها الجزيئات ثم تتفاعل، في الظروف العادية"غير مبالين" تمامًا ببعضهم البعض. على ما يبدو، هذه هي الطريقة التي يتم تشكيلها الهيدروجين الجزيئي: ذراتها "تلتصق" بذرة من الغبار، ثم تطير مبتعدة عنها، ولكن في أزواج، على شكل جزيئات.

من المحتمل جدًا أن تكون جزيئات الغبار النجمي الصغيرة، التي احتفظت ببعض الجزيئات العضوية في أغلفةها، بما في ذلك أبسط الأحماض الأمينية، قد جلبت أول "بذور الحياة" إلى الأرض منذ حوالي 4 مليارات سنة. وهذا بالطبع ليس أكثر من فرضية جميلة. لكن ما يتحدث لصالحه هو أن الحمض الأميني الجلايسين موجود في الغاز البارد وسحب الغبار. ربما هناك آخرون، كل ما في الأمر أن إمكانيات التلسكوبات لا تسمح باكتشافهم بعد.

صيد الغبار

يمكن بالطبع دراسة خصائص الغبار بين النجوم عن بعد باستخدام التلسكوبات والأدوات الأخرى الموجودة على الأرض أو على أقمارها الصناعية. ولكن من المغري أكثر بكثير التقاط جزيئات الغبار بين النجوم، ثم دراستها بالتفصيل، ومعرفة ليس من الناحية النظرية، ولكن عمليا، مما تتكون منه وكيف يتم تركيبها. هناك خياران هنا. يمكنك الوصول إلى أعماق الفضاء، وجمع الغبار بين النجوم هناك، وإحضاره إلى الأرض وتحليله من قبل الجميع الطرق الممكنة. أو يمكنك محاولة الطيران خارج النظام الشمسي وتحليل الغبار على طول الطريق مباشرة على متن المركبة الفضائية، وإرسال البيانات الناتجة إلى الأرض.

المحاولة الأولى لجلب عينات من الغبار بين النجوم، ومواد الوسط بين النجوم بشكل عام، تمت منذ عدة سنوات من قبل وكالة ناسا. تم تجهيز المركبة الفضائية بمصائد خاصة - مجمعات لجمع الغبار بين النجوم وجزيئات الرياح الكونية. لالتقاط جزيئات الغبار دون فقدان غلافها، تم ملء المصائد بمادة خاصة تسمى الهلام الهوائي. هذه المادة الرغوية الخفيفة جدًا (التي يعد تركيبها سرًا تجاريًا) تشبه الهلام. بمجرد دخولها، تلتصق جزيئات الغبار، وبعد ذلك، كما هو الحال في أي مصيدة، يُغلق الغطاء ليتم فتحه على الأرض.

كان هذا المشروع يسمى ستاردست غبار النجوم. برنامجه عظيم. بعد إطلاقه في فبراير 1999، ستقوم المعدات الموجودة على متنه في نهاية المطاف بجمع عينات من الغبار بين النجوم وبشكل منفصل عن الغبار الموجود في المنطقة المجاورة مباشرة للمذنب Wild-2، الذي طار بالقرب من الأرض في فبراير الماضي. والآن ومع حاويات مملوءة بهذه الشحنة القيمة، تطير السفينة إلى موطنها لتهبط في 15 يناير 2006 في ولاية يوتا، بالقرب من سولت ليك سيتي (الولايات المتحدة الأمريكية). وذلك عندما يرى علماء الفلك أخيرًا بأعينهم (بمساعدة المجهر بالطبع) حبيبات الغبار ذاتها التي تنبأوا بالفعل بتكوينها ونماذج بنيتها.

وفي أغسطس 2001، طارت جينيسيس لجمع عينات من المادة من الفضاء السحيق. كان مشروع ناسا هذا يهدف بشكل أساسي إلى التقاط الجسيمات الرياح الشمسية. وبعد أن أمضت 1127 يوما في الفضاء الخارجي، قطعت خلالها حوالي 32 مليون كيلومتر، عادت السفينة وأسقطت كبسولة تحتوي على العينات الناتجة - مصائد بالأيونات وجزيئات الرياح الشمسية - إلى الأرض. للأسف، حدث سوء الحظ - لم تفتح المظلة، وضربت الكبسولة الأرض بكل قوتها. وتحطمت. وبطبيعة الحال، تم جمع الحطام ودراسته بعناية. ومع ذلك، في مارس 2005، في مؤتمر في هيوستن، قال المشارك في البرنامج دون بارنيتي إن أربعة مجمعات تحتوي على جزيئات الرياح الشمسية لم تتضرر، وأن محتوياتها، 0.4 ملجم من الرياح الشمسية الملتقطة، كانت قيد الدراسة بنشاط من قبل العلماء في هيوستن.

ومع ذلك، تقوم ناسا الآن بإعداد مشروع ثالث، أكثر طموحًا. سيكون ذلك مهمة فضائيةمسبار بين النجوم. هذا الوقت سفينة فضائيةسوف تبتعد إلى مسافة 200 أ. هـ. من الأرض (أي المسافة من الأرض إلى الشمس). لن تعود هذه السفينة أبدًا، لكنها ستكون "محشوة" بمجموعة واسعة من المعدات، بما في ذلك تحليل عينات الغبار بين النجوم. إذا سارت الأمور على ما يرام، فسيتم أخيرًا التقاط حبيبات الغبار بين النجوم من الفضاء السحيق وتصويرها وتحليلها تلقائيًا على متن المركبة الفضائية.

تكوين النجوم الشباب

1. سحابة جزيئية مجرية عملاقة حجمها 100 فرسخ فلكي، وكتلتها تعادل 100 ألف شمس، ودرجة حرارتها 50 كلفن، وكثافتها 102 جسيم/سم3. يوجد داخل هذه السحابة تكاثفات واسعة النطاق - سدم غازية وغبار منتشرة (1 × 10 قطعة، 10000 شمس، 20 كلفن، 10 3 جسيمات/سم 3) وتكثفات صغيرة - سدم غازية وغبار (حتى قطعة واحدة، 100 × 1000 شمس، 20 ك، 10 4 جسيمات/سم3). يوجد داخل الأخير على وجه التحديد كتل من الكريات بحجم 0.1 قطعة، وكتلة 1 × 10 شمس وكثافة 10 × 10 6 جسيمات / سم 3، حيث تتشكل النجوم الجديدة

2. ولادة نجم داخل سحابة من الغاز والغبار

3. ويعمل النجم الجديد بإشعاعه ورياحه النجمية على تشتيت الغاز المحيط به بعيدا عن نفسه

4. نجم شاب يخرج إلى الفضاء النظيف والخالي من الغازات والغبار، دافعًا السديم الذي ولده جانبًا

مراحل التطور "الجنينية" لنجم كتلته تساوي كتلة الشمس

5. أصل سحابة غير مستقرة الجاذبية حجمها 2,000,000 شمس، ودرجة حرارتها حوالي 15 كلفن وكثافتها الأولية 10 -19 جم/سم3

6. وبعد عدة مئات الآلاف من السنين، ستشكل هذه السحابة نواة تبلغ درجة حرارتها حوالي 200 كلفن وحجم 100 شمس، ولا تزال كتلتها 0.05 فقط من كتلة الشمس.

7. في هذه المرحلة، ينكمش القلب بدرجة حرارة تصل إلى 2000 كلفن بشكل حاد بسبب تأين الهيدروجين ويسخن في الوقت نفسه حتى 20000 كلفن، وتصل سرعة سقوط المادة على النجم المتنامي إلى 100 كم/ثانية.

8. نجم أولي بحجم شمسين درجة حرارة مركزه 2×10 5 كلفن، وعند سطحه 3×10 3 كلفن

9. المرحلة الأخيرة من مرحلة ما قبل التطور للنجم هي الانضغاط البطيء، حيث تحترق نظائر الليثيوم والبريليوم. فقط بعد أن ترتفع درجة الحرارة إلى 6x10 6 K، تبدأ التفاعلات النووية الحرارية لتخليق الهيليوم من الهيدروجين في داخل النجم. المدة الإجماليةتبلغ دورة ولادة نجم مثل شمسنا 50 مليون سنة، وبعدها يمكن أن يحترق هذا النجم بهدوء لمليارات السنين

أولغا ماكسيمنكو، مرشحة للعلوم الكيميائية

الغبار الكوني، جسيمات صلبة ذات أحجام مميزة تتراوح من حوالي 0.001 ميكرون إلى حوالي 1 ميكرون (وربما تصل إلى 100 ميكرون أو أكثر في الوسط بين الكواكب والأقراص الكوكبية الأولية)، توجد في جميع الأجسام الفلكية تقريبًا: من النظام الشمسي إلى غاية المجرات البعيدةوالكوازارات. خصائص الغبار (تركيز الجسيمات، التركيب الكيميائيوحجم الجسيمات، وما إلى ذلك) تختلف بشكل كبير من كائن إلى آخر، حتى بالنسبة للكائنات من نفس النوع. ينثر الغبار الكوني ويمتص الإشعاع الساقط. ينتشر الإشعاع المبعثر الذي له نفس الطول الموجي للإشعاع الساقط في جميع الاتجاهات. يتحول الإشعاع الذي تمتصه ذرة الغبار إلى طاقة حرارية، وعادةً ما ينبعث الجسيم في منطقة ذات طول موجي أطول من الطيف مقارنة بالإشعاع الساقط. كلتا العمليتين تساهمان في الانقراض - إضعاف الإشعاع الأجرام السماويةالغبار الموجود على خط البصر بين الجسم والراصد.

تتم دراسة الأجسام الغبارية في كامل نطاق الموجات الكهرومغناطيسية تقريبًا - من الأشعة السينية إلى الموجات المليمترية. يبدو أن الإشعاع ثنائي القطب الكهربائي الناتج عن الجسيمات متناهية الصغر التي تدور بسرعة يسهم في بعض الشيء إشعاع الميكروويفعلى ترددات 10-60 جيجا هرتز. دور مهميلعب التجارب المعملية، حيث يتم قياس معاملات الانكسار، وكذلك أطياف الامتصاص ومصفوفات التشتت للجزيئات التماثلية جزيئات الغبار الكونيومحاكاة عمليات تكوين ونمو حبيبات الغبار المقاومة للحرارة في أجواء النجوم وأقراص الكواكب الأولية، ودراسة تكوين الجزيئات وتطور مكونات الغبار المتطاير في ظل ظروف مشابهة لتلك الموجودة في السحب المظلمة بين النجوم.

الغبار الكوني الموجود في مختلف الحالة الجسدية، تتم دراستها مباشرة في تكوين النيازك التي سقطت على سطح الأرض، في الطبقات العليا الغلاف الجوي للأرض(الغبار بين الكواكب وبقايا المذنبات الصغيرة)، أثناء رحلات المركبات الفضائية إلى الكواكب والكويكبات والمذنبات (الغبار المحيط بالكواكب والمذنبات) وخارج الغلاف الشمسي (الغبار بين النجوم). تغطي عمليات الرصد الأرضية والفضائية عن بعد للغبار الكوني النظام الشمسي (الغبار بين الكواكب، والغبار المحيط بالكواكب، والمذنبات، والغبار القريب من الشمس)، والوسط النجمي لمجرتنا (الغبار بين النجوم، والغبار المحيط بالنجم، والغبار السديمي) والمجرات الأخرى (الغبار خارج المجرات). ) وكذلك الأجسام البعيدة جدًا (الغبار الكوني).

تتكون جزيئات الغبار الكوني بشكل رئيسي من مواد كربونية (الكربون غير المتبلور، الجرافيت) وسيليكات الحديد والمغنيسيوم (الأوليفينات، البيروكسينات). تتكثف وتنمو في أجواء النجوم من الطبقات الطيفية المتأخرة وفي السدم الكوكبية الأولية، ثم يتم قذفها إلى الوسط البينجمي عن طريق الضغط الإشعاعي. في السحب بين النجوم، وخاصة الكثيفة منها، تستمر الجسيمات المقاومة للحرارة في النمو نتيجة لتراكم ذرات الغاز، وكذلك عندما تصطدم الجسيمات وتلتصق ببعضها البعض (التخثر). وهذا يؤدي إلى ظهور أصداف من المواد المتطايرة (الجليد بشكل رئيسي) وتكوين جزيئات إجمالية مسامية. ويحدث تدمير حبيبات الغبار نتيجة تناثر موجات الصدمة الناتجة عن انفجارات السوبرنوفا، أو التبخر أثناء عملية تكوين النجوم التي بدأت في السحابة. ويستمر الغبار المتبقي في التطور بالقرب من النجم المتشكل ويتجلى لاحقًا على شكل سحابة غبار بين الكواكب أو نوى مذنب. ومن المفارقة أن الغبار حول النجوم المتطورة (القديمة) يكون "جديدًا" (يتشكل حديثًا في غلافها الجوي)، أما حول النجوم الشابة فإن الغبار يكون قديمًا (يتطور كجزء من الوسط البينجمي). يُعتقد أن الغبار الكوني، الذي ربما كان موجودًا في المجرات البعيدة، قد تكثف أثناء قذف المواد من انفجارات المستعرات الأعظم الضخمة.

أشعل. انظر إلى الفن. الغبار بين النجوم.

يعجب الكثير من الناس بسرور بالمشهد الجميل للسماء المرصعة بالنجوم، وهي واحدة من أعظم إبداعات الطبيعة. في سماء الخريف الصافية، من الواضح كيف يمر شريط مضيء خافت عبر السماء بأكملها، يسمى درب التبانة، ذات مخططات غير منتظمة ذات عروض وسطوع مختلفة. إذا اعتبرنا درب التبانة، تشكيل مجرتنا، في التلسكوب، اتضح أن هذا الشريط الساطع ينقسم إلى العديد من الضعفاء النجوم المتوهجةوالتي تندمج بالعين المجردة في توهج مستمر. ومن الثابت الآن أن مجرة ​​درب التبانة لا تتكون من نجوم وعناقيد نجمية فحسب، بل تتكون أيضًا من سحب غازية وغبارية.

يحدث الغبار الكوني في العديد من الأجسام الفضائية، حيث يحدث تدفق سريع للمادة، مصحوبًا بالتبريد. يتجلى من خلال الأشعة تحت الحمراء نجوم وولف رايت الساخنةمع رياح نجمية قوية جدًا، السدم الكوكبيةقذائف من المستعرات الأعظم والمستعرات. عدد كبير منيوجد الغبار في قلوب العديد من المجرات (على سبيل المثال، M82، NGC253)، حيث يوجد تدفق مكثف للغاز. يكون تأثير الغبار الكوني أكثر وضوحًا أثناء انبعاث نجم جديد. بعد أسابيع قليلة من السطوع الأقصى للمستعر، يظهر في طيفه فائض قوي من الإشعاع في الأشعة تحت الحمراء، بسبب ظهور الغبار بدرجة حرارة تبلغ حوالي K.

مرحبًا. في هذه المحاضرة سنتحدث معكم عن الغبار. ولكن ليس عن النوع الذي يتراكم في غرفتك، بل عن الغبار الكوني. ما هذا؟

الغبار الكوني هو جداً جسيمات دقيقة صلبتقع في أي جزء من الكون، بما في ذلك غبار النيزك و المادة بين النجومقادرة على امتصاص ضوء النجوم وتشكيل السدم المظلمة في المجرات. توجد جزيئات غبار كروية يبلغ قطرها حوالي 0.05 ملم في بعض الرواسب البحرية؛ ويعتقد أن هذه هي بقايا 5000 طن من الغبار الكوني الذي يسقط على الكرة الأرضية كل عام.

يعتقد العلماء أن الغبار الكوني لا يتشكل فقط من الاصطدامات وتدمير الأشياء الصغيرة المواد الصلبةولكن أيضًا بسبب تكثيف الغاز بين النجوم. يتميز الغبار الكوني بأصله: يمكن أن يكون الغبار بين المجرات، وبين النجوم، وبين الكواكب، وحول الكواكب (عادة في نظام حلقي).

تنشأ حبيبات الغبار الكوني بشكل رئيسي في الغلاف الجوي للنجوم التي تنتهي ببطء - الأقزام الحمراء، وكذلك أثناء العمليات الانفجارية على النجوم والطرد العنيف للغاز من قلب المجرات. وتشمل المصادر الأخرى للغبار الكوني السدم الكوكبية والنجمية الأولية، والأجواء النجمية، والسحب بين النجوم.

إن سحب الغبار الكوني بأكملها، الموجودة في طبقة النجوم التي تشكل درب التبانة، تمنعنا من مراقبة العناقيد النجمية البعيدة. هذا عنقود نجمي، مثل الثريا، مغمورة بالكامل في سحابة الغبار. أكثر نجوم ساطعةالتي في هذا العنقود تضيء الغبار كما ينير الفانوس الضباب في الليل. الغبار الكوني لا يمكن أن يلمع إلا عن طريق الضوء المنعكس.

إن الأشعة الزرقاء للضوء التي تمر عبر الغبار الكوني تكون ضعيفة أكثر من الأشعة الحمراء، لذلك يبدو ضوء النجوم الذي يصل إلينا مصفرًا أو حتى محمرًا. تظل مناطق بأكملها من الفضاء العالمي مغلقة أمام المراقبة على وجه التحديد بسبب الغبار الكوني.

الغبار بين الكواكب، على الأقل في القرب النسبي من الأرض، هو مادة مدروسة إلى حد ما. ملء كامل مساحة النظام الشمسي وتركيزه في مستوى خط الاستواء، وقد ولد إلى حد كبير نتيجة الاصطدامات العشوائية للكويكبات وتدمير المذنبات التي تقترب من الشمس. في الواقع، لا يختلف تكوين الغبار عن تكوين النيازك التي تسقط على الأرض: فمن المثير للاهتمام دراسته، ولا يزال هناك العديد من الاكتشافات التي يتعين القيام بها في هذا المجال، ولكن يبدو أنه لا يوجد شيء محدد دسيسة هنا. ولكن بفضل هذا الغبار بالذات، في الطقس الجيد في الغرب مباشرة بعد غروب الشمس أو في الشرق قبل شروق الشمس، يمكنك الاستمتاع بمخروط شاحب من الضوء فوق الأفق. هذا هو ما يسمى بالضوء البروجي - ضوء الشمس المبعثر بواسطة جزيئات الغبار الكوني الصغيرة.

الغبار بين النجوم أكثر إثارة للاهتمام. ميزتها المميزة هي وجود قلب صلب وقشرة. يبدو أن النواة تتكون أساسًا من الكربون والسيليكون والمعادن. وتتكون القشرة بشكل رئيسي من عناصر غازية مجمدة على سطح النواة، متبلورة تحت ظروف "التجميد العميق" للفضاء بين النجوم، وهذا حوالي 10 كلفن والهيدروجين والأكسجين. ومع ذلك، هناك شوائب من الجزيئات الأكثر تعقيدا. هذه هي الأمونيا والميثان وحتى الجزيئات العضوية متعددة الذرات التي تلتصق بذرة من الغبار أو تتشكل على سطحها أثناء التجوال. بعض هذه المواد، بالطبع، تطير بعيدا عن سطحها، على سبيل المثال، تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية، ولكن هذه العملية قابلة للعكس - بعضها يطير بعيدا، والبعض الآخر يتجمد أو يتم تصنيعه.

إذا تشكلت مجرة، فإن مصدر الغبار فيها يكون واضحًا للعلماء من حيث المبدأ. وأهم مصادرها هي المستعرات والمستعرات الأعظمية، التي تفقد جزءًا من كتلتها، مما يؤدي إلى "إلقاء" قشرتها في الفضاء المحيط. بالإضافة إلى ذلك، يولد الغبار أيضًا في الغلاف الجوي المتوسع للعمالقة الحمراء، حيث يتم اجتياحه حرفيًا عن طريق الضغط الإشعاعي. يوجد في جوها البارد، وفقًا لمعايير النجوم، (حوالي 2.5 - 3 ألف كلفن) الكثير من الجزيئات المعقدة نسبيًا.
ولكن هنا لغز لم يتم حله بعد. لقد كان يُعتقد دائمًا أن الغبار هو نتاج تطور النجوم. بمعنى آخر، يجب أن تولد النجوم، وتوجد لبعض الوقت، وتتقدم في العمر، ولنقل، تنتج الغبار في انفجار المستعر الأعظم الأخير. ولكن ما الذي جاء أولاً - البيضة أم الدجاجة؟ الغبار الأول اللازم لولادة نجم، أو النجم الأول، الذي ولد لسبب ما دون مساعدة من الغبار، قد تقدم في السن، وانفجر، مكونًا الغبار الأول.
ماذا حدث في البداية؟ ففي نهاية المطاف، عندما حدث الانفجار الكبير قبل 14 مليار سنة، لم يكن هناك سوى الهيدروجين والهيليوم في الكون، ولم يكن هناك أي عناصر أخرى! عندها بدأت المجرات الأولى في الخروج منها، سحب ضخمة، وفيها النجوم الأولى، التي كان عليها أن تمر بمسار حياة طويل. يجب أن تؤدي التفاعلات النووية الحرارية في قلب النجوم إلى "طهي" عناصر كيميائية أكثر تعقيدًا، وتحويل الهيدروجين والهيليوم إلى كربون ونيتروجين وأكسجين وما إلى ذلك، وبعد ذلك يجب أن يلقي النجم بكل ذلك في الفضاء، وينفجر أو يتخلص تدريجيًا من طاقته. صدَفَة. ثم كان على هذه الكتلة أن تبرد وتبرد وتتحول في النهاية إلى غبار. لكن بالفعل بعد ملياري سنة من الانفجار الكبير، كان هناك غبار في المجرات الأولى! وباستخدام التلسكوبات تم اكتشافه في مجرات تبعد عنا 12 مليار سنة ضوئية. وفي الوقت نفسه، فإن 2 مليار سنة هي فترة قصيرة جدًا بالنسبة لدورة الحياة الكاملة للنجم: خلال هذا الوقت، ليس لدى معظم النجوم الوقت الكافي للتقدم في العمر. من أين جاء الغبار في المجرة الشابة، إذا لم يكن هناك شيء سوى الهيدروجين والهيليوم، فهو لغزا.

وبالنظر إلى ذلك الوقت، ابتسم الأستاذ قليلا.

لكنك ستحاول حل هذا اللغز في المنزل. دعونا نكتب المهمة.

العمل في المنزل.

1. حاول تخمين ما الذي جاء أولاً، النجم الأول أم الغبار؟

مهمة إضافية.

1. تقرير عن أي نوع من الغبار (بين النجوم، بين الكواكب، حول الكواكب، بين المجرات)

2. مقال. تخيل نفسك كعالم مكلف بدراسة الغبار الكوني.

3. الصور.

محلي الصنع مهمة للطلاب:

1. لماذا هناك حاجة للغبار في الفضاء؟

مهمة إضافية.

1. الإبلاغ عن أي نوع من الغبار. الطلاب السابقينالمدارس تتذكر القواعد.

2. مقال. اختفاء الغبار الكوني.

3. الصور.

هناك مليارات النجوم والكواكب في الكون. وبينما النجم عبارة عن كرة متوهجة من الغاز، فإن الكواكب مثل الأرض تتكون من عناصر صلبة. تتشكل الكواكب في سحب من الغبار تدور حول نجم حديث التكوين. وبدورها تتكون حبيبات هذا الغبار من عناصر مثل الكربون والسيليكون والأكسجين والحديد والمغنيسيوم. ولكن من أين تأتي جزيئات الغبار الكوني؟ أظهرت دراسة جديدة أجراها معهد نيلز بور في كوبنهاجن أن حبيبات الغبار لا يمكن أن تتشكل في انفجارات المستعرات الأعظم العملاقة فحسب، بل يمكنها أيضًا البقاء على قيد الحياة في الانفجارات اللاحقة. موجات الصدمةانفجارات مختلفة تؤثر على الغبار.

صورة حاسوبية لكيفية تشكل الغبار الكوني أثناء انفجارات السوبرنوفا. المصدر: ESO/M. كورنميسر

لطالما كانت كيفية تشكل الغبار الكوني لغزا بالنسبة لعلماء الفلك. تتشكل عناصر الغبار نفسها في غاز الهيدروجين المشتعل في النجوم. تتحد ذرات الهيدروجين مع بعضها البعض لتكوين عناصر أثقل بشكل متزايد. ونتيجة لذلك، يبدأ النجم بإصدار إشعاع على شكل ضوء. عندما يتم استنفاد كل الهيدروجين ولم يعد من الممكن استخراج الطاقة، يموت النجم، وتطير قشرته بعيدا إلى فضاءوالتي تشكل سدمًا مختلفة يمكن أن تولد فيها النجوم الشابة مرة أخرى. تتشكل العناصر الثقيلة في المقام الأول في المستعرات الأعظم، والتي تكون أسلافها نجوم ضخمة، يموت في انفجار عملاق. لكن كيفية تجمع العناصر المفردة معًا لتكوين الغبار الكوني ظلت لغزًا.

"كانت المشكلة أنه حتى لو تشكل الغبار مع العناصر في انفجارات المستعر الأعظم، فإن الحدث نفسه قوي جدًا بحيث لا ينبغي لهذه الحبيبات الصغيرة أن تبقى على قيد الحياة. لكن الغبار الكوني موجود، ويمكن أن تكون جزيئاته كاملة مقاسات مختلفة. "بحثنا يسلط الضوء على هذه المشكلة"، يقول البروفيسور جينس هيورت، رئيس مركز علم الكونيات المظلمة في معهد نيلز بور.

لمحة تلسكوب هابلغير عادي مجرة قزمةالتي أنتجت المستعر الأعظم الساطع SN 2010jl. تم التقاط الصورة قبل ظهورها، فالسهم يظهر النجم السلف لها. وكان النجم الذي انفجر ضخمًا للغاية، إذ بلغت كتلته حوالي 40 كتلة شمسية. المصدر: إسو

في دراسات الغبار الكوني، يراقب العلماء المستعرات الأعظم باستخدام أداة فلكية X-shooter مثبتة على سطح الأرض تلسكوب كبير(VLT) في تشيلي. يتمتع بحساسية مذهلة، ويحتوي على أجهزة قياس الطيف الثلاثة. يمكنه مراقبة نطاق الضوء بأكمله في وقت واحد، من الأشعة فوق البنفسجية والمرئية إلى الأشعة تحت الحمراء. يوضح هجورث أنهم في البداية كانوا ينتظرون ظهور الانفجار "الصحيح". سوبر نوفا. وهكذا، عندما حدث ذلك، بدأت حملة لمراقبته. كان النجم المرصود ساطعًا بشكل غير عادي، أكثر سطوعًا بعشر مرات من متوسط ​​المستعر الأعظم، وكانت كتلته 40 مرة مثل كتلة الشمس. في المجمل، استغرقت مراقبة النجم عامين ونصف من الباحثين.

"يمتص الغبار الضوء، وباستخدام بياناتنا تمكنا من حساب دالة يمكن أن تخبرنا عن كمية الغبار وتكوينه وحجم الحبوب. لقد وجدنا شيئًا مثيرًا حقًا في النتائج،" كريستا جول.

الخطوة الأولى نحو تكوين الغبار الكوني هي انفجار صغير يقوم فيه النجم بقذف مواد تحتوي على الهيدروجين والهيليوم والكربون إلى الفضاء. تصبح سحابة الغاز هذه نوعًا من القشرة المحيطة بالنجم. عدد قليل من هذه الومضات وتصبح القشرة أكثر كثافة. وأخيرا، ينفجر النجم وتغلف سحابة غازية كثيفة قلبه بالكامل.

"عندما ينفجر النجم، يحدث التأثير موجة الانفجاريصطدم بسحابة غازية كثيفة مثل اصطدام الطوب بجدار خرساني. كل هذا يحدث في الطور الغازي عند درجات حرارة لا تصدق. لكن المكان الذي وقع فيه الانفجار يصبح كثيفا وتبرد درجة حرارته إلى 2000 درجة مئوية. عند درجة الحرارة والكثافة هذه، يمكن للعناصر أن تتنو وتشكل جسيمات صلبة. لقد وجدنا حبيبات غبار صغيرة بحجم ميكرون واحد، وهي نسبة كبيرة جدًا قيمة عظيمةلهذه العناصر. ومع هذه الأبعاد، سيكونون قادرين على البقاء على قيد الحياة في رحلتهم المستقبلية عبر المجرة.

وهكذا يعتقد العلماء أنهم وجدوا إجابة السؤال حول كيفية تشكل الغبار الكوني وحياته.