Encyklopædi

Kosmisk støv


Hvorfor bekymre sig om støv

Selv om støv lyder som det absolut kedeligste man overhovedet kunne beskæftige sig med (næst efter bankvirksomhed, investering og forsikring), er det faktisk lidt spændende, i hvert fald på grund af to forhold:

  •   •  Støvkorn klistrer sammen og danner sten, som igen danner planeter, hvilke nok er nødvendige for at skabe liv. Og liv er pænt spændende.
  •   •  Støv absorberer og spreder lys, hvilket påvirker alle observationer kraftigt. For rigtigt at forstå dét vi observerer, er det vigtigt at kende til egenskaberne af det støv, der ligger i Universet imellem os og objektet. Især i det meget fjerne Univers er vores viden på området begrænset. Eftersom det meget fjerne Univers også betyder det meget tidlige Univers, kan viden om, hvordan lys rejser gennem støvet og gassen, fortælle os bl.a. hvordan galakserne blev dannet. Og galakser er også dødspændende.
  • Stjernestøv: Porøs såkaldt kondrit fra vort eget solsystem (fra Grün et al. 2001, "Interplanetary Dust", Springer-Verlag).

    Hvordan dannes det?

    Støvet dannes nok hovedsagligt af stjernerne. Når en "let" stjerne, dvs. en stjerne der vejer mindre end 8 Solmasser, ender sit liv, gennemgår den en fase hvor den skiftevis svulmer op og trækker sig sammen, hvorved den afstøder sine yderste lag. I disse gasudstrømninger er tætheden høj nok til at atomer og molekyler kan støde sammen og vokse sig større, mens temperaturen er lav nok til at disse kim ikke smelter og fordamper med det samme.

    Sådan en stjerne kaldes en AGB-stjerne, og den tager mindst en ½ til 1 mia. år for at nå denne fase. Men eftersom man også nu har observeret støv i det meget tidlige Univers, mindre end ½ mia. efter Big Bang, mener mange at der må have været noget andet der kunne berige Universet med støv dengang. Vi ved det ikke med sikkerhed, men en god kandidat er supernovaer, som man tror har de rette forhold for støvdannelse i et kort tidsrum omkring 2 år efter eksplosionen.

    Der er også den mulighed, at støvet dannes rundt omkring i gasskyerne mellem stjernerne, men fordi der her er så langt mellem atomerne, mener man generelt at stjernerne er langt mere effektive støvfabrikker. Derfor kalder man det også nogle gange "stjernestøv".

    Rødfarvning af lyset

    Støvets evne til at absorbere (og sprede) lyset afhænger af støvkornenes størrelse; en foton har størst sandsynlighed for at blive absorberet at et støvkorn af ca. samme størrelse som fotonens bølgelængde.

    Fordi fordelingen af forskellige kornstørrelser generelt er sådan, at der er mange flere små end store støvkorn, vil en lysstråle af fotoner med forskellige bølgelængder, der bevæger sig gennem en støvsky, få absorberet flere fotoner, jo kortere bølgelængde de har.

    Eftersom kortbølgede fotoner er i den blå ende af spektret, mens de langbølgede er i den røde ende, slipper det røde lys altså lettere gennem støvskyen. Derfor siger man at lyset bliver rødfarvet (ikke at forveksle med rødforskudt).

    Rødfarvning af lyset fra en kvasar: Det observerede lys fra en fjern kvasar (sort linie) har på sin vej gennem Universet passeret gennem en støvet galakse, der har absorberet noget af lyset, fortrinsvis det kortbølgede (blå) lys. Hvis ikke denne galakse havde ligget i forgrunden, havde kvasarens spektrum set nogenlunde ud som den røde stiplede linie. Figuren er fra Fynbo et al. 2011 (arXiv:1011.5312).

    Hvordan kan man se gennem støvet?

    Hvis lysets bølgelængde bliver endnu længere end det røde lys' kaldes det for infrarødt (IR), og dette lys absorberes næsten ikke af støv. Det var sådan man i starten af 1900-tallet opdagede, at de sorte klatter man nogle gange så mellem stjernerne ikke var "huller i himlen", men gigantiske støvskyer der blokerede for det visuelle lys.

    Energien af det lys der absorberes af støvet forsvinder ikke, men går til at varme støvkornene op. Senere køler de så af igen ved at udsende IR lys, og derfor kan også lære om selve støvet ved at observere det i IR.

    Barnard 68: En støv- og molekylsky 500 lysår væk absorberer fuldstændigt det synlige fra de bagvedliggende stjerner (venstre), mens det infrarøde lys slipper stort set uhindret — omend rødfarvet — igennem (højre).
    Kredit: ESO.

    Støv og Lyman α

    Personligt er jeg mest interesseret i støv i forbindelse med dets effekt på noget ganske specielt ultraviolet lys kaldet "Lyman α", som stammer fra hydrogen, og især udsendes i forbindelse med dannelsen af en galakse. Fordi Lyα i modsætning til de fleste andre bølgelængder ikke følger en lige linie ud af galakserne, men spredes, eller "rikocherer", på hydrogenatomerne millioner af gange frem og tilbage, er Lyα-fotonernes vej ud af galaksen meget længere og mere kompliceret end almindeligt lys'. For at forstå disse effekter har jeg bygget et computerprogram der simulerer Lyα's rejse ud af en galakse.

    Hvis du vil kan du læse mere om Lyα her, og om mit program her..

    Lyα strålingstransport:: En astronom (til højre) kigger på en galakse (til venstre). "Almindeligt" lys (den røde stiplede linie) bevæger sig i en lige linie mod astronomen gennem gas (de grønne kugler) og støv (de brune klatter), men Lyα (den lilla stiplede linie) spredes hele tiden på hydrogenatomerne, så dens vej ud bliver meget længere, og derfor er Lyα nok mere sårbar overfor støv.