Nanodiamanter förklarar 20-årigt gammalt mysterium

När astronomer först tittade ut i kosmos efter ljus av mikrovågor upptäckte de ett fönster till universums tidigaste stunder. Denna strålning som uppkom när universum endast var ett barn på cirka 380,000 år har låtit oss svara på fundamentala frågor som uppkomsten av de första stjärnorna. Men all mikrovågsstrålning härstammar inte från de tidigaste epokerna av universum, och en del av det ljus vi ser väcker även spännande frågor lite närmare hemma. Några astronomer märkte 1996 en oförklarlig excess av mikrovågor som härstammade från vår egen galax. Nu, lite drygt 20 år senare har en ny studie visat en möjlig förklaring till den anomala mikrovågsstrålning som setts som en gåta hittills; nämligen roterande mikroskopiska diamanter.

Astronomen Jane Greaves vid Cardiff Universitet har länge studerat uppkomsten av planetsystem som bildas i virvlande skivor av gas och stoft kring unga stjärnor. Greaves märkte att en del av dessa system lyste, om än svagt, i mikrovåglängder. Till en början troddes dessa svaga signaler bara vara brus, men efter att ha hört om det anomala mikrovågsljus som förekom i Vintergatan återvände Greaves med kolleger till teleskopet för att följa upp signalerna. Till sin hjälp använde de det australiska Australian Telescope Compact Array, samt det 100 m stora Robert C. Byrd Green Bank-teleskopet i West Virginia, USA, för att titta på 14 stycken unga stjärnsystem.

Utav dessa 14 system som de tittade på efter den mystiska mikrovågsstrålningen var det tre av systemen som visade tecken på samma anomala mikrovågsstrålning. Intressant nog så var det exakt tre samma system i Greaves’ urval av objekt som även var värdar för nanodiamanter. Dessa pyttesmå, pyramidformade kristaller innehåller endast några enstaka hundra kolatomer, med en liten atomtunn yta av fruset väte omkring sig som ackumulerats från det interstellära mediet. Denna upptäckt innebär att ledtrådarna pekar mot att det är nanodiamanterna som bär ansvaret för den anomala mikrovågsstrålningen. I de modeller som Greaves med kolleger tog fram för att reproducera den uppmätta signalen utgör dessa nanodiamanter som inte är större än två nanometer i diameter (någon miljondels millimeter) endast 1-2% av hela kol-budgeten för systemen. Dessa pyttesmå objekt avger sin strålning när de krockar med varandra, vilket sker ganska ofta i en snabbt roterande skiva kring en ung stjärna.

Tidigare trodde astronomer att det var organiska polycykliska aromatiska kolväten (PAHs) som var ansvariga för ljuset. Dessa partiklar kan liknas vid kosmiskt sot, fast producerat av åldrande stjärnor och inte brandrök. Bruce Draine with Princetons Universitet hade länge hävdat att PAH var den ledande förklaringen till mikrovågsavvikelsen, men att förklaringen saknade konkreta bevis. Tillsammans med sina kolleger kartlade de utspridningen av dessa kolväten och den avvikande mikrovågsstrålningen i Vintergatan. Om ett överlapp mellan PAH och mikrovågsavvikelsens densiteter hade funnits skulle det påvisat klara bevis för att kolvätena var orsaken. Men något sådant hittades inte, och Draine förklarade PAH som oskyldiga till strålningen, som fick förbli ett mysterium ett tag till. Det vill säga tills dess att Greaves med kolleger rapporterade sina fynd om nanodiamanter.

Dock så har det påpekats att nanodiamanter bara brukar vara synliga från jorden omkring väldigt heta stjärnor. För att visa sin hypotes korrekt kommer Greaves med sina kolleger att försöka observera den avvikande mikrovågsstrålningen och nanodiamanter i mycket kallare miljöer, såsom kalla moln av interstellär gas och damm. Om det slutligen visar sig att nanodiamanter är den sanna källan till den avvikande mikrovågsstrålningen, så kommer kartläggningen av nanodiamanter i Vintergatan att bli en viktig del av forskningen om den kosmiska bakgrunden. Mer exakta och djupare studier kommer att kunna utföras om man enkelt kan ta bort anomalin, och på så vis få bättre inblick i de outtalade hemligheter som universums ursprung gömmer på. Anna Scaife vid Manchesteruniversitet i Storbritannien som var medförfattare till artikeln som publicerades i Nature håller med om att det är spännande resultat. Och att det är inte så ofta som det går väl att byta ut låttexten till kända toner, men att “Anomalous microwave emission in the Sky with (nano-)Diamonds” passar ganska bra för att summera deras forskning.