Het meten van de enorme hoeveelheden kosmisch stof in de interstellaire ruimte kan een sleutel zijn tot het ontrafelen van verschillende mysteries van de kosmos, inclusief hoe de korrels worden gevormd en of nieuwe soorten sterrenstelsels worden verduisterd door de deeltjeswolken.

Kosmische stofkorrels, die in sterren zijn geboren, zijn de bouwstenen voor andere sterren en rotsachtige planeten zoals de aarde - en misschien ook voor het leven zelf. Echter, ons begrip van het stoffige universum en de processen waaruit het bestaat, blijft beperkt.

'Het ontbreekt ons aan essentiële kennis over de oorsprong van kosmisch stof, zijn evolutie, en daarom de brandstof voor stervorming van sterrenstelsels in de recente kosmische geschiedenis, ' zei professor Haley Gomez, een astrofysicus aan de Cardiff University in het VK.

De kosmische waas betekent ook dat belangrijke astronomische processen detectie door traditionele telescopen omzeilen. 'Onze kijk op het universum is bevooroordeeld, ' zei prof. Gomez, die een project uitvoert genaamd CosmicDust. 'We hebben gekeken naar het zichtbare licht van sterren en sterrenstelsels. Maar de helft van al het licht dat sinds de oerknal door sterren is uitgestraald, is inderdaad verborgen.'

Het probleem is, kosmisch stof is te koud om door optische telescopen te worden gedetecteerd. In het afgelopen decennium, echter, stofverkenning is geholpen door grote ruimtemissies, zoals de Planck- en Herschel-missies die in 2009 werden gelanceerd. Het betrof telescopen die sterrenstelsels in het ver-infrarode deel van het spectrum kunnen vastleggen - waar de stofdeeltjes zichtbaar worden.

Beide missies eindigden in 2013, en laat een schat aan onbewerkte gegevens achter om in te duiken. Dit wordt benut door DustPedia, een van een paar projecten van Cardiff University om de eigenschappen van ruimtestof beter te begrijpen.

Data bank

DustPedia combineert de Herschel- en Planck-gegevens met die van telescopen op de grond en in de ruimte - en van andere delen van het spectrum, zoals het zichtbare en ultraviolet – om een ​​enorm archief te creëren voor het bestuderen van stof en zijn interacties in sterrenstelsels in het deel van het universum dat het dichtst bij ons ligt. Het levert momenteel beelden voor bijna 900 sterrenstelsels.

'Een van de belangrijkste drijfveren om dit te doen, is te begrijpen hoe sterrenstelsels evolueren en veranderen met de tijd, ' zei professor Jonathan Davies, hoofdonderzoeker van DustPedia. Hij legde uit dat bijvoorbeeld, een groot deel van de door sterren gesynthetiseerde chemische elementen bevindt zich in kosmisch stof. Begrijpen hoeveel van elk van deze aanwezig is, helpt te onthullen hoe chemisch geëvolueerd een melkwegstelsel is, en uiteindelijk hoe ver het is gevorderd op zijn levenspad.

Dit kan ons ook helpen te vergelijken hoe verschillende soorten sterrenstelsels evolueren - bijvoorbeeld de verschillen tussen gigantische elliptische sterrenstelsels en kleinere afgeplatte.

Prof. Davies beschrijft kosmisch stof als sigarettenrook die voor een gloeilamp wordt geblazen, veel van het licht van de sterren verduistert.
'Je zou kunnen worden misleid door te denken dat als een melkwegstelsel niet veel licht produceert, er kunnen niet veel sterren zijn. Als je de hoeveelheid stof kunt meten, u kunt beginnen met het maken van correcties, ' hij zei.

Het CosmicDust-project van prof. Gomez is gericht op het bouwen van een uitgebreide catalogus van stoffige sterrenstelsels om een ​​'telling van stof' te creëren, geholpen door de inzichten van Herschel. Ze verwacht dat dit zal helpen bij het ontdekken van mysterieuze nieuwe klassen van sterrenstelsels die stofarm lijken op foto's met zichtbaar licht, maar eigenlijk enorme hoeveelheden stof bevatten.

Het project heeft zijn eerste statistische stoftelling van 15, 000 sterrenstelsels, ontdekten dat sommige veel meer stof bevatten en andere veel minder dan voorspeld - en heeft catalogi en kaarten vrijgegeven die bijna een half miljoen sterrenstelsels beslaan.

Onder andere, het team heeft drie nieuwe exploderende stellaire overblijfselen gevonden die veel stof bevatten. interessant, zei prof. Gomez, deze bevatten allemaal snel roterende neutronensterren als gevolg van massieve sterexplosies, erop wijzend dat dit belangrijke stofproducerende systemen kunnen zijn.

Verder, door de Herschel-gegevens te gebruiken om 12 miljard jaar terug te kijken naar het vroege heelal, haar team vond eerste aanwijzingen dat het heelal in het verleden misschien veel stoffiger was dan nu en dus gekenmerkt wordt door snellere stervorming.

Prof. Gomez zegt dat mogelijke verklaringen voor het ontbrekende stof van vandaag galactische winden zijn die grote volumes uit sterrenstelsels blazen of vernietiging door schokgolven van heet gas.

'Dit zijn precies het soort dingen dat we zouden moeten kunnen testen als de grote onderzoeken zijn geanalyseerd en onze catalogi en metingen zijn voltooid, ' ze zei.

De onderzoekers streven er ook naar een langdurige controverse over de oorsprong van kosmisch stof op te lossen, zei prof. Gomez - 'of het nu wordt gemaakt door zonachtige sterren in hun stille doodsstrijd, of als het veel gewelddadiger is, in plaats daarvan afkomstig van massieve sterren die zichzelf aan het einde van hun leven uit elkaar scheuren.' Wetenschappelijk onderzoek neigt momenteel naar de laatste verklaring, voegde ze eraan toe.

Labstof

Een ander initiatief, NANOCOSMOS, modelleert kosmisch stof in het laboratorium om een ​​beter beeld te krijgen van hoe het zich vormt en zich gedraagt.
Hiervoor zijn verschillende experimentele opstellingen gebouwd, zoals de sterrenstofkamer, die de vorming van stofkorrels simuleert.

Onderzoekers van het Instituut voor Fundamentele Fysica (IFF) in Madrid, Spanje gebruikt deze vacuümkamer momenteel om de reactie van afzonderlijke elementen in stof te onderzoeken, in eerste instantie kijken naar koolstofclusters en hun interactie met waterstof. Ze zullen later interacties en stofeigenschappen onderzoeken met betrekking tot silicium, ijzer en andere metalen, en hun interactie met gassen, om meer realistische astrofysische omgevingen te simuleren.

'Het bestuderen van de vorming van stofdeeltjes en de interactie met het gas is essentieel om hun eigenschappen te begrijpen, ' zei professor José Cernicharo, een fysicus werkzaam op het gebied van moleculaire astrofysica aan het IFF en corresponderende hoofdonderzoeker voor het NANOCOSMOS-project. 'Het afleiden van de structuur van de eerste nanodeeltjes gevormd uit verschillende elementen is een verplichte stap om de fysica en chemie van de ejecta van rode reuzen en supernova's correct te modelleren.'

Meer inzicht in de vorming van nanodeeltjes helpt niet alleen om te ontdekken wat er in de ruimte gebeurt en om de geschiedenis van het universum te volgen. Modellen die laten zien hoe stof zich vormt en groeit, kunnen ook bijdragen aan innovatie op onze eigen planeet op gebieden als nanotechnologie, belangrijk op gebieden als groene energie en biotechnologie.

Wat de kosmos betreft, het onderzoeken van stof zal ons uiteindelijk helpen een vollediger beeld te krijgen van het universum om ons heen.

'Stof speelt een sleutelrol in de fysische en chemische evolutie van astronomische objecten, maar kan niet goed in modellen worden meegenomen vanwege onze beperkte kennis over de aard en eigenschappen ervan, ' zei prof. Cernicharo. 'Elke vooruitgang op dit gebied zal daarom een ​​sterke impact hebben in de astrofysica en astrochemie.'