С 2006 года, когда космический аппарат NASA Stardust доставил свои аэрогелевые и алюминиевые пылесборники на Землю, команда ученых изучает их в поисках редких микроскопических частиц межзвездной пыли. На днях команда сообщила, что нашла семь пылинок, которые, вероятно, пришли из-за пределов нашей Солнечной системы и, возможно, были созданы в результате взрыва сверхновой миллионы лет назад. Они станут первыми подтвержденными образцами межзвездной пыли.

«Это очень драгоценные частицы», — рассказал Эндрю Вестфаль, физик из Калифорнийского университета и ведущий автор работы, который наряду с 65 коллегами предоставил отчет о частицах 15 августа в журнале Nature.

Вестфаль предупредил, что должны быть проведены дополнительные испытания, прежде чем команда сможет окончательно сказать, что это мусор из межзвездного пространства. Но если это так, частицы смогут помочь объяснить происхождение и эволюцию межзвездной пыли, о которых до сих пор можно было лишь догадываться по астрономическим наблюдениям.

В частности, эти частицы гораздо более разнообразны по химическому составу и структуре, чем считалось раньше; мелкие сильно отличаются от больших, их истории тоже могут быть разными; и многие крупные частицы обладают структурами, похожими на снежинки.

«Тот факт, что две крупнейшие пушистые частицы сделаны из кристаллического материала — магний-железо-силикатного минерала под названием оливин — может означать, что эти частицы вышли из дисков вокруг других звезд и претерпели изменения в межзвездной среде, — добавляет Вестфаль. — Кажется, мы получили первую возможность взглянуть на разнообразие межзвездных пылевых частиц, которое невозможно наблюдать с помощью сугубо астрономических средств».

Две частицы, каждая около двух микрон в диаметре (тысячная доля миллиметра), были извлечены из светлых и пушистых аэрогелевых детекторов после того, как их следы обнаружили добровольцы из команды Dusters, которые отсканировали более миллиона изображений в ходе проекта. Этот проект гражданской науки оказался важнейшим в ходе поиска этих иголок в стоге сена. Третий след оставила частица, летевшая по направлению потока межзвездного ветра, но, видимо, двигалась так быстро (быстрее чем 15 км/с), что испарилась. Еще 29 следов, обнаруженных добровольцами, похожи на те, что попали в коллекторы прямо с космического аппарата.

Еще 100 следов предстоит проанализировать, и 77 из 132 аэрогелевых панелей были отсканированы на текущий момент. Вестфаль надеется, что они найдут больше десяти частиц межзвездной пыли в общей сложности — и это будет одна миллионная часть материала кометы, собранного другими коллекторами на борту Stardust.

Четыре частицы, о которых идет речь, были обнаружены в алюминиевой фольге, расположенной между аэрогелевыми плитками в лотке коллектора. Хотя изначально фольга не планировалась как поверхность для сбора пыли, международная команда ученых во главе с физиком и наноастрономом Рондой Страуд из Лаборатории ВМС США изучила фольгу в поисках самых крошечных зернышек, которые могли быть пойманы и были бы слишком мелкими для аэрогеля. Команда обнаружила четыре лунки с частично расплавленным материалом, образованным элементами, которые отличают межзвездные частицы.

«Они были немного сплющены, но все же лежали там, на дне кратера, — говорит Страуд. — Их разнообразие было неожиданным, и эти пушистые частицы были сложными агломерациями других частиц, а не одной плотной частицей, предлагаемой в рамках простейшей модели межзвездных частиц».

Три из этих частиц, всего несколько десятых микрона в диаметре, также содержали соединения серы, которых, как полагали некоторые астрономы, не может быть в составе межзвездных пылевых частиц. Страуд и другие члены продолжат анализ оставшихся 95% фольги в надежде найти достаточное количество частиц, чтобы понять разнообразие и происхождение межзвездной пыли.

Две частицы, попавшие в аэрогель — названные первооткрывателями «Орион» и «Хилабрук» — будут подвергнуты дальнейшим испытаниям с целью определения распространенности изотопов кислорода в них, которые предоставят четкое доказательство внесолнечного происхождения. Сверхновые, красные гиганты и другие развитые звезды производят межзвездную пыль и генерируют тяжелые элементы, такие как углерод, азот и кислород, необходимые для жизни.

Межвездная метель

Stardust был запущен в 1999 году, чтобы прилететь к коме кометы Уайльд-2 и поймать немного кометной пыли с помощью плиток аэрогеля и алюминиевой фольги, установленных на передней части двустороннего коллектора. Коллекторы, установленные сзади, были предназначены для поимки частиц из «метелицы межзвездной пыли, пробивающейся через галактику», говорит физик Ана Баттерворт.

«Эта пыль относительно нова, поскольку время жизни межзвездной пыли составляет от 50 до 100 миллионов лет, поэтому исследуем нашу современную галактику», — говорит Баттерворт.

Отдельные коллекторы кометной и межзвездной пыли, каждый размером с теннисную ракетку, содержащие мозаику из 132 аэрогелевых плиток, были сброшены с парашютом, когда Stardust пролетал мимо Земли в 2006 году, а консорциум ученых во главе с Вестфалем начал анализировать полученные плитки. Ученые отсканировали половину панелей на различной глубине и превратили эти сканы в фильмы. Вестфаль и его команда выложили сканы в открытый доступ, чем позволили 714 членам команды Dusters стать соавторами работы.

«Мы ожидали найти зерна размером меньше микрона, которые могли бы оставить след в пару микронов шириной. Это около одной пятидесятой ширины человеческого волоса. Мы могли и не увидеть эти частицы в оптический микроскоп, поэтому Dusters исследовали следы, оставленные попаданием этих частиц», — говорит Баттерворт.

Как только несколько исследователей обнаружили возможный след, команда Вестфаль начала изучать их внимательно. На миллионе отсканированных фрагментов, каждый площадью в полмиллиметра, Dusters нашли 69 следов, в то время как Вестфаль нашел два.

Тридцать один след был извлечен вместе с прилегающим аэрогелем учеными Космического центра Джонсона и был доставлен в Калтех на анализ с помощью сканирующего рентгеновского микроскопа, или STXM, входящего в состав линии синхротронного пучка в Ливерморской национальной лаборатории. STXM использовал мягкие рентгеновские лучи для анализа химического состава и выяснил, что 29 зерен содержат алюминий, который не появляется в космосе, а значит, они, скорее всего, попали в аэрогель с космического аппарата.

[email protected] продолжит изучать оставшиеся аэрогелевые плитки в детекторе. Однако проект уже можно считать успешным, во многом благодаря вкладу граждан из числа Dusters в научное развитие проекта.