Das Universum ist überfüllt mit kosmischem Staub. Planeten bilden sich in wirbelnden Staubwolken um einen jungen Stern; Staubspuren verbergen weiter entfernte Sterne in der Milchstraße über uns; Und molekularer Wasserstoff bildet sich auf den Staubkörnern im interstellaren Raum.
Sogar der Ruß einer Kerze ist dem kosmischen Kohlenstoffstaub sehr ähnlich. Beide bestehen aus silikatischen und amorphen Kohlenstoffkörnern, obwohl die Körner im Ruß zehnmal oder öfter größer sind als typische Korngrößen im Raum.
Aber woher kommt der kosmische Staub?
Eine Gruppe von Astronomen konnte den kosmischen Staub verfolgen, der nach einer Supernova-Explosion entsteht. Die neue Forschung zeigt nicht nur, dass sich bei diesen massiven Explosionen Staubkörner bilden, sondern dass sie auch die nachfolgenden Stoßwellen überleben können.
Sterne ziehen ihre Energie zunächst, indem sie Wasserstoff tief in ihren Kernen zu Helium verschmelzen. Aber irgendwann wird einem Stern der Treibstoff ausgehen. Nach einer etwas chaotischen Physik beginnt der kontrahierte Kern des Sterns, Helium zu Kohlenstoff zu verschmelzen, während eine Hülle über dem Kern weiterhin Wasserstoff zu Helium verschmilzt.
Das Muster setzt sich für Sterne mit mittlerer bis hoher Masse fort und erzeugt Schichten unterschiedlicher Kernverbrennung um den Kern des Sterns. Der Kreislauf von Geburt und Tod des Sterns hat also im Laufe der kosmischen Geschichte immer schwerere Elemente hervorgebracht und verteilt und die für kosmischen Staub erforderlichen Substanzen bereitgestellt.
"Das Problem war, dass, obwohl sich in Supernovae Staubkörner aus schweren Elementen bilden würden, die Supernova-Explosion so heftig ist, dass die Staubkörner möglicherweise nicht überleben", sagte Co-Autor Jens Hjorth, Leiter des Dark Cosmology Center am Niels Bohr Institut in einer Pressemitteilung. "Aber es gibt kosmische Körner von beträchtlicher Größe. Das Rätsel war also, wie sie gebildet werden und die nachfolgenden Schockwellen überstanden haben."
Das von Christa Gall geleitete Team beobachtete mit dem Very Large Telescope der ESO am Paranal Observatory im Norden Chiles neun Mal in den Monaten nach der Explosion und zum zehnten Mal 2,5 Jahre nach der Explosion eine Supernova mit dem Namen SN2010jl. Sie beobachteten die Supernova sowohl im sichtbaren als auch im nahen Infrarot.
SN2010jl war 10-mal heller als die durchschnittliche Supernova, wodurch der explodierende Stern 40-mal so groß wie die Masse der Sonne war.
„Durch die Kombination der Daten aus den neun frühen Beobachtungssätzen konnten wir erste direkte Messungen durchführen, wie der Staub um eine Supernova die verschiedenen Lichtfarben absorbiert“, sagte die Hauptautorin Christa Gall von der Universität Aarhus. "Dadurch konnten wir mehr über den Staub herausfinden als bisher möglich."
Die Ergebnisse zeigen, dass die Staubbildung kurz nach der Explosion beginnt und über einen langen Zeitraum andauert.
Der Staub bildet sich zunächst in Material, das der Stern bereits vor seiner Explosion in den Weltraum ausgestoßen hat. Dann tritt eine zweite Welle der Staubbildung auf, bei der Material aus der Supernova ausgestoßen wird. Hier sind die Staubkörner massiv - ein Tausendstel Millimeter im Durchmesser - und somit widerstandsfähig gegen alle folgenden Stoßwellen.
„Wenn der Stern explodiert, trifft die Schockwelle wie eine Mauer auf die dichte Gaswolke. Es ist alles in Gasform und unglaublich heiß, aber wenn der Ausbruch die „Wand“ berührt, wird das Gas komprimiert und kühlt sich auf etwa 2.000 Grad ab “, sagte Gall. „Bei dieser Temperatur und Dichte können Elemente Keime bilden und feste Partikel bilden. Wir haben Staubkörner mit einer Größe von etwa einem Mikrometer (einem Tausendstel Millimeter) gemessen, was für kosmische Staubkörner groß ist. Sie sind so groß, dass sie ihre Weiterreise in die Galaxie überleben können. “
Wenn die Staubproduktion in SN2010jl 25 Jahre nach der Supernova-Explosion weiterhin dem beobachteten Trend folgt, hat die Gesamtstaubmasse die Hälfte der Sonnenmasse.
Die Ergebnisse wurden in Nature veröffentlicht und stehen hier zum Download zur Verfügung. Die Pressemitteilung des Niels Bohr Instituts und die Pressemitteilung der ESO sind ebenfalls verfügbar.
