Al decenia, astronomen hebben zich afgevraagd wat de exacte bron is van een eigenaardig type zwak microgolflicht dat afkomstig is uit een aantal gebieden in de Melkweg. Bekend als abnormale microgolfemissie (AME), dit licht komt van energie die vrijkomt door snel ronddraaiende nanodeeltjes - stukjes materie die zo klein zijn dat ze niet door gewone microscopen kunnen worden gedetecteerd. (De periode op een gemiddelde afgedrukte pagina is ongeveer 500, 000 nanometer breed.)

"Hoewel we weten dat een bepaald type deeltje verantwoordelijk is voor dit microgolflicht, de precieze bron is een raadsel geweest sinds het bijna 20 jaar geleden voor het eerst werd ontdekt, " zei Jane Greaves, een astronoom aan de Cardiff University in Wales en hoofdauteur van een paper waarin dit resultaat wordt aangekondigd in Natuurastronomie .

Tot nu, de meest waarschijnlijke boosdoener voor deze microgolfemissie werd beschouwd als een klasse van organische moleculen die bekend staan ​​als polycyclische aromatische koolwaterstoffen (PAK's) - op koolstof gebaseerde moleculen die in de hele interstellaire ruimte worden aangetroffen en worden herkend door de verschillende, maar zwak infrarood (IR) licht dat ze uitstralen. Nanodiamanten—met name gehydrogeneerde nanodiamanten, die met waterstofhoudende moleculen op hun oppervlak, zenden ook van nature uit in het infrarode deel van het spectrum, maar op een andere golflengte.

Een reeks waarnemingen met de Green Bank Telescope (GBT) van de National Science Foundation in West Virginia en de Australia Telescope Compact Array (ATCA) heeft voor het eerst geleid tot drie duidelijke bronnen van AME-licht, de protoplanetaire schijven rond de jonge sterren bekend als V892 Tau, HD97048, en MWC 297. De GBT observeerde V892 Tau en de ATCA observeerde de andere twee systemen.

"Dit is de eerste duidelijke detectie van abnormale microgolfemissie afkomstig van protoplanetaire schijven, " zei David Frayer, co-auteur van de krant en astronoom bij de Green Bank Observatory.

De astronomen merken ook op dat het infraroodlicht dat uit deze systemen komt, overeenkomt met de unieke signatuur van nanodiamanten. Andere protoplanetaire schijven in de hele Melkweg, echter, hebben de duidelijke infraroodsignatuur van PAK's maar vertonen geen tekenen van het AME-licht.

Dit suggereert sterk dat PAK's niet de mysterieuze bron van abnormale microgolfstraling zijn, zoals astronomen ooit dachten. Liever, gehydrogeneerde nanodiamanten, die zich van nature vormen in protoplanetaire schijven en worden aangetroffen in meteorieten op aarde, zijn de meest waarschijnlijke bron van AME-licht in onze melkweg.

"In een Sherlock Holmes-achtige methode om alle andere oorzaken te elimineren, we kunnen vol vertrouwen zeggen dat de beste kandidaat die deze microgolfgloed kan produceren de aanwezigheid is van nanodiamanten rond deze nieuw gevormde sterren, " zei Greaves. Op basis van hun observaties, de astronomen schatten dat tot 1-2 procent van de totale koolstof in deze protoplanetaire schijven is besteed aan de vorming van nanodiamanten.

Het bewijs voor nanodiamanten in protoplanetaire schijven is de afgelopen decennia toegenomen. Dit is, echter, de eerste duidelijke verbinding tussen nanodiamanten en AME in elke omgeving.

Statistische modellen ondersteunen ook sterk het uitgangspunt dat nanodiamanten overvloedig aanwezig zijn rond babysterren en verantwoordelijk zijn voor de abnormale microgolfemissie die daar wordt gevonden. "Er is een op de tien, 000 kans, of minder, dat deze verbinding op toeval berust, ' zei Frayer.

Voor hun onderzoek hebben de astronomen gebruikten de GBT en ATCA om 14 jonge sterren aan de andere kant van de Melkweg te onderzoeken op aanwijzingen voor abnormale microgolfemissie. AME was duidelijk te zien in 3 van de 14 sterren, die ook de enige 3 sterren van de 14 zijn die de IR-spectrale handtekening van gehydrogeneerde nanodiamanten laten zien. "In feite, deze zijn zo zeldzaam, " merkt Greaves op, "geen enkele andere jonge ster heeft de bevestigde infraroodafdruk."

Deze ontdekking heeft interessante implicaties voor de studie van de kosmologie en de zoektocht naar bewijs dat ons universum begon met een periode van inflatie. Als direct na de oerknal, ons universum groeide in een tempo dat de snelheid van het licht enorm overtrof, een spoor van die periode van inflatie moet worden gezien in een eigenaardige polarisatie van de kosmische microgolfachtergrond. Hoewel deze signatuur van polarisatie nog niet definitief is ontdekt, het werk van Greaves en haar collega's biedt enige hoop dat het zou kunnen zijn.

"Dit is goed nieuws voor degenen die de polarisatie van de kosmische microgolfachtergrond bestuderen, aangezien het signaal van draaiende nanodiamanten op zijn best zwak gepolariseerd zou zijn, " zei Brian Mason, een astronoom bij het National Radio Astronomy Observatory en co-auteur van het papier. "Dit betekent dat astronomen nu betere modellen kunnen maken van het microgolflicht op de voorgrond van onze melkweg, die moet worden verwijderd om de verre nagloed van de oerknal te bestuderen."

Nanodiamanten worden waarschijnlijk gevormd uit een oververhitte damp van koolstofatomen in sterk geactiveerde stervormingsgebieden. Dit is niet anders dan industriële methoden om nanodiamanten op aarde te maken.

In de astronomie, nanodiamanten zijn speciaal omdat hun structuur een zogenaamd "dipoolmoment" produceert - een rangschikking van atomen waardoor ze elektromagnetische straling kunnen uitzenden wanneer ze draaien. Omdat deze deeltjes zo klein zijn - kleiner dan normale stofdeeltjes in een protoplanetaire schijf - kunnen ze uitzonderlijk snel kunnen draaien, straling uitzenden in het microgolfbereik in plaats van in het metergolflengtebereik, waar galactische en intergalactische straling het waarschijnlijk zou overstemmen.

"Dit is een coole en onverwachte oplossing voor de puzzel van abnormale microgolfstraling, " concludeerde Greaves. "Het is nog interessanter dat het werd verkregen door naar protoplanetaire schijven te kijken, licht werpen op de chemische kenmerken van vroege zonnestelsels, inclusief die van ons."

"Het is een spannend resultaat, " concludeerde co-auteur Anna Scaife van de Universiteit van Manchester. "Het komt niet vaak voor dat je nieuwe woorden op beroemde deuntjes zet, maar 'AME in the Sky with Diamonds' lijkt een doordachte manier om ons onderzoek samen te vatten."

Toekomstige centimetergolfinstrumenten, zoals de geplande Band 1-ontvangers op ALMA en de Next Generation Very Large Array, zal dit fenomeen veel gedetailleerder kunnen bestuderen. Nu er een fysiek model is en, Voor de eerste keer, een duidelijke spectrale signatuur, astronomen verwachten dat ons begrip snel zal verbeteren.