I årtionden, astronomer har undrat över den exakta källan till en speciell typ av svagt mikrovågsljus som kommer från ett antal regioner över Vintergatan. Känd som anomalous microwave emission (AME), detta ljus kommer från energi som frigörs av snabbt snurrande nanopartiklar – materiabitar så små att de inte kan upptäckas av vanliga mikroskop. (Perioden på en genomsnittlig utskriven sida är cirka 500, 000 nanometer tvärs över.)

"Även om vi vet att någon typ av partikel är ansvarig för detta mikrovågsljus, dess exakta källa har varit ett pussel sedan den först upptäcktes för nästan 20 år sedan, sa Jane Greaves, en astronom vid Cardiff University i Wales och huvudförfattare på ett papper som tillkännager detta resultat i Natur astronomi .

Tills nu, den mest sannolika boven till denna mikrovågsutsläpp ansågs vara en klass av organiska molekyler kända som polycykliska aromatiska kolväten (PAH) - kolbaserade molekyler som finns i det interstellära rymden och känns igen av de distinkta, ändå svagt infrarött (IR) ljus de sänder ut. Nanodiamanter - särskilt hydrerade nanodiamanter, de som sträcker sig med vätebärande molekyler på sina ytor – avger också naturligt i den infraröda delen av spektrumet, men på en annan våglängd.

En serie observationer med National Science Foundations Green Bank Telescope (GBT) i West Virginia och Australia Telescope Compact Array (ATCA) har - för första gången - hittat tre tydliga källor för AME-ljus, de protoplanetära skivorna som omger de unga stjärnorna kända som V892 Tau, HD 97048, och MWC 297. GBT observerade V892 Tau och ATCA observerade de andra två systemen.

"Detta är den första tydliga upptäckten av onormala mikrovågsutsläpp som kommer från protoplanetära skivor, " sa David Frayer en medförfattare på tidningen och astronom med Green Bank Observatory.

Astronomerna noterar också att det infraröda ljuset som kommer från dessa system matchar den unika signaturen hos nanodiamanter. Andra protoplanetära skivor i hela Vintergatan, dock, har den tydliga infraröda signaturen av PAH men visar inga tecken på AME-ljus.

Detta tyder starkt på att PAH inte är den mystiska källan till onormal mikrovågsstrålning, som astronomer en gång trodde. Snarare, hydrerade nanodiamanter, som bildas naturligt inom protoplanetära skivor och finns i meteoriter på jorden, är den mest sannolika källan till AME-ljus i vår galax.

"I en Sherlock Holmes-liknande metod för att eliminera alla andra orsaker, vi kan med säkerhet säga att den bästa kandidaten som kan producera denna mikrovågsglöd är närvaron av nanodiamanter runt dessa nybildade stjärnor, " sa Greaves. Baserat på deras observationer, astronomerna uppskattar att upp till 1-2 procent av det totala kolet i dessa protoplanetära skivor har gått till att bilda nanodiamanter.

Bevis för nanodiamanter i protoplanetära skivor har vuxit under de senaste decennierna. Detta är, dock, den första tydliga kopplingen mellan nanodiamonds och AME i någon miljö.

Statistiska modeller stöder också starkt antagandet att nanodiamanter finns i överflöd runt spädbarnsstjärnor och är ansvariga för det onormala mikrovågsutsläpp som finns där. "Det finns en på 10, 000 chans, eller mindre, att detta samband beror på slumpen, sa Frayer.

För sin forskning, Astronomerna använde GBT och ATCA för att undersöka 14 unga stjärnor över Vintergatan för att hitta antydningar om onormala mikrovågsutsläpp. AME sågs tydligt i 3 av de 14 stjärnorna, som också är de enda 3 stjärnorna av de 14 som visar IR-spektralsignaturen för hydrerade nanodiamanter. "Faktiskt, dessa är så sällsynta, " noterar Greaves, "inga andra unga stjärnor har det bekräftade infraröda avtrycket."

Denna upptäckt har intressanta konsekvenser för studiet av kosmologi och sökandet efter bevis för att vårt universum började med en period av inflation. Om omedelbart efter Big Bang, vårt universum växte i en takt som vida översteg ljusets hastighet, ett spår av den perioden av inflation bör ses i en märklig polarisering av den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Även om denna signatur av polarisering ännu inte har upptäckts definitivt, Greaves och hennes kollegors arbete ger ett visst hopp om att det skulle kunna vara så.

"Detta är goda nyheter för dem som studerar polarisering av den kosmiska mikrovågsbakgrunden, eftersom signalen från snurrande nanodiamanter i bästa fall skulle vara svagt polariserad, sa Brian Mason, en astronom vid National Radio Astronomy Observatory och medförfattare på tidningen. "Detta betyder att astronomer nu kan göra bättre modeller av mikrovågsljuset i förgrunden från vår galax, som måste tas bort för att studera den avlägsna efterglöden från Big Bang."

Nanodiamanter bildas sannolikt ur en överhettad ånga av kolatomer i starkt energisatta stjärnbildande regioner. Detta är inte olikt industriella metoder för att skapa nanodiamanter på jorden.

Inom astronomi, nanodiamanter är speciella genom att deras struktur producerar vad som kallas ett "dipolmoment - ett arrangemang av atomer som gör att de kan avge elektromagnetisk strålning när de snurrar. Eftersom dessa partiklar är så små - mindre än vanliga dammpartiklar i en protoplanetär skiva - de kan snurra exceptionellt snabbt, avger strålning i mikrovågsområdet snarare än i metervåglängdsområdet, där galaktisk och intergalaktisk strålning förmodligen skulle överrösta den.

"Detta är en cool och oväntad lösning på pusslet med onormal mikrovågsstrålning, " avslutade Greaves. "Det är ännu mer intressant att det erhölls genom att titta på protoplanetära skivor, kasta ljus över de kemiska egenskaperna hos tidiga solsystem, inklusive vår egen."

"Det är ett spännande resultat, " avslutade medförfattaren Anna Scaife från Manchester University. "Det är inte ofta du kommer på att du sätter nya ord på kända låtar, men "AME in the Sky with Diamonds" verkar vara ett genomtänkt sätt att sammanfatta vår forskning."

Framtida centimetervågsinstrument, som de planerade Band 1-mottagarna på ALMA och Next Generation Very Large Array, kommer att kunna studera detta fenomen i mycket större detalj. Nu när det finns en fysisk modell och, för första gången, en tydlig spektral signatur, astronomer förväntar sig att vår förståelse kommer att förbättras snabbt.