Att mäta de stora mängder kosmiskt damm i interstellärt utrymme kan vara en nyckel för att låsa upp olika mysterier i kosmos, inklusive hur kornen bildas och om nya typer av galaxer döljs av partikelmolnen.

Kosmiska dammkorn, som föds i stjärnor, är byggstenarna för andra stjärnor och steniga planeter som jorden - liksom kanske själva livet. Dock, vår förståelse av det dammiga universum och de processer som bildar det förblir begränsad.

'Vi saknar vital kunskap om ursprunget till kosmiskt damm, dess utveckling, och därför bränslet för stjärnbildning av galaxer under den senaste kosmiska historien, säger professor Haley Gomez, en astrofysiker vid Cardiff University i Storbritannien.

Det kosmiska diset innebär också att viktiga astronomiska processer undviker upptäckt av traditionella teleskop. 'Vår syn på universum har varit partisk, sade prof. Gomez, som genomför ett projekt som heter CosmicDust. ”Vi har tittat på det synliga ljuset från stjärnor och galaxer. Men hälften av allt ljus sken av stjärnor sedan Big Bang faktiskt har varit dolt. '

Problemet är, kosmiskt damm är för kallt för att detekteras av optiska teleskop. Under det senaste decenniet har dock, dammutforskning har hjälpts av stora rymduppdrag, till exempel Planck- och Herschel-uppdragen som lanserades 2009. Dessa har involverat teleskop som kan fånga upp galaxer i den långt infraröda delen av spektrumet-där dammpartiklarna blir synliga.

Båda uppdragen avslutades 2013, lämnar efter sig en mängd rå data att fördjupa sig i. Detta utnyttjas av DustPedia, ett av ett par av Cardiff University -projekt som försöker bättre förstå rymdstoftets egenskaper.

Databank

DustPedia kombinerar data från Herschel och Planck med data från markbaserade och rymdbaserade teleskop-och från andra delar av spektrumet, som det synliga och ultravioletta - för att skapa ett stort arkiv för att studera damm och dess interaktioner i galaxer i den del av universum som ligger närmast oss. Det ger för närvarande bilder för nästan 900 galaxer.

'En av de främsta motivationerna för att göra detta är att förstå hur galaxer utvecklas och förändras med tiden, sade professor Jonathan Davies, huvudutredare för DustPedia. Han förklarade att till exempel, en stor del av kemiska grundämnen syntetiserade av stjärnor finns i kosmiskt damm. Att förstå hur mycket av var och en av dessa är närvarande hjälper till att avslöja hur kemiskt utvecklad en galax är, och i slutändan hur långt det har gått längs sin livsväg.

Detta kan också hjälpa oss att jämföra hur olika typer av galaxer utvecklas - t.ex. skillnaderna mellan gigantiska elliptiska galaxer och mindre platta galaxer.

Prof. Davies beskriver kosmiskt damm som att vara som cigarettrök som blåses framför en glödlampa, döljer mycket av ljuset från stjärnor.
'Du kan bli vilseledd att tro att om en galax inte producerar mycket ljus, det kan inte vara många stjärnor där. Om du kan mäta mängden damm, du kan börja göra korrigeringar, ' han sa.

Professor Gomez CosmicDust -projekt försöker bygga en omfattande katalog med dammiga galaxer för att skapa en "folkräkning av damm" med hjälp av insikterna från Herschel. Hon förväntar sig att detta kommer att hjälpa till att avslöja mystiska nya klasser av galaxer som verkar dammfattiga i bilder med synligt ljus, men innehåller faktiskt enorma mängder damm.

Projektet har redan avslutat sin första statistiska dammräkning av 15, 000 galaxer, upptäcker att vissa innehåller mycket mer damm och vissa mycket mindre än förutspått - och har släppt kataloger och kartor som täcker nästan en halv miljon galaxer.

Bland annat, laget har hittat tre nya exploderande stjärnrester som innehåller mycket damm. Intressant, sade prof. Gomez, alla innehåller snabbt roterande neutronstjärnor till följd av massiva stjärnexplosioner, antyda att dessa kan vara viktiga dammproducerande system.

Vidare, genom att använda Herschel -data för att se tillbaka 12 miljarder år till det tidiga universum, hennes team fann initiala indikationer på att universum tidigare kan ha varit mycket dammigare än idag och därmed kännetecknas av snabbare stjärnbildning.

Prof. Gomez säger att möjliga förklaringar till dagens saknade damm inkluderar galaktiska vindar som blåser stora volymer ur galaxer eller förstörs av chockvågor av het gas.

'Det här är exakt den typen av saker vi borde kunna testa när de stora undersökningarna har analyserats och våra kataloger och mätningar är färdiga, ' Hon sa.

Forskarna syftar också till att lösa en långvarig kontrovers om ursprunget till kosmiskt damm, sa prof. Gomez-'om det är gjort av solliknande stjärnor i deras tysta dödsgropar, eller om det är mycket mer våldsamt, härstammar istället från massiva stjärnor som slits sönder i slutet av sitt liv. ' Vetenskaplig forskning lutar för närvarande mot den senare förklaringen, tillade hon.

Lab damm

Ett annat initiativ, NANOCOSMOS, modellerar kosmiskt damm i laboratoriet för att skapa en bättre bild av hur det bildar och beter sig.
Flera experimentella set-ups har byggts för att göra detta, t.ex. stjärnstoftkammaren, som simulerar bildandet av dammkorn.

Forskare vid Institute of Fundamental Physics (IFF) i Madrid, Spanien använder för närvarande denna vakuumkammare för att undersöka reaktionen av enskilda element som finns i damm, tittar inledningsvis på kolkluster och deras interaktion med väte. De kommer senare att undersöka interaktioner och dammegenskaper som involverar kisel, järn och andra metaller, och deras interaktion med gaser, att simulera mer realistiska astrofysiska miljöer.

'Att studera hur dammpartiklar bildas och hur de interagerar med gasen är viktigt för att förstå deras egenskaper, sade professor José Cernicharo, en fysiker som arbetar inom molekylär astrofysik vid IFF och motsvarande huvudutredare för NANOCOSMOS -projektet. 'Att härleda strukturen för de första nanopartiklarna som bildas från olika element är ett obligatoriskt steg för att korrekt modellera fysik och kemi för ejecta av röda jättar och supernovor.'

Att förstå mer om nanopartikelbildning hjälper inte bara att avslöja vad som händer i rymden och spåra universums historia. Modeller som visar hur damm bildas och växer kan också hjälpa innovation på vår egen planet inom områden som nanoteknik - viktigt inom områden som grön energi och bioteknik.

När det gäller kosmos, att undersöka damm kommer i slutändan att hjälpa oss att skapa en mer fullständig bild av universum runt omkring oss.

'Damm spelar en nyckelroll i den fysiska och kemiska utvecklingen av astronomiska objekt, men kan inte övervägas korrekt i modeller på grund av vår begränsade kunskap om dess natur och egenskaper, 'sade professor Cernicharo. 'Alla framsteg i denna fråga kommer därför att ha en stark inverkan inom astrofysik och astrokemi.'