Eine Gruppe von Astronomen konnte die Bildung von Sternenstaub in den Nachwirkungen einer Supernova in Echtzeit verfolgen. Sie konnten erstmals zeigen, dass sich die Staubkörner in diesen kosmischen Staubfabriken in einem zweistufigen Prozess bilden, der kurz nach der Explosion beginnt, aber noch Jahre lang andauert. Die Gruppe nutzte das Very Large Telescope (VLT) der ESO im Norden Chiles, um das langsam schwindende Licht der Supernova SN2010jl zu analysieren. Die neuen Ergebnisse erscheinen am 9. Juli 2014 in der Online-Ausgabe der Fachzeitschrift Nature.

Der Ursprung kosmischen Staubs in Galaxien ist immer noch ein Rätsel [1]. Astronomen wissen zwar, dass Supernovae die Hauptquelle von Staub sein könnten, insbesondere im frühen Universum. Aber es ist immer noch unklar, wie und wo die Staubkörner kondensieren und wachsen. Es ist außerdem ungewiss, wie sie in der rauen Umgebung einer Galaxie mit aktiver Sternentstehung ihre Zerstörung umgehen. Nun jedoch lüften Beobachtungen mit dem VLT der ESO am Paranal-Observatorium im Norden Chile zum ersten Mal den Schleier.

Ein internationales Wissenschaftlerteam beobachtete die Supernova mit dem Namen SN2010jl neun Mal in den Monaten nach der Explosion und ein zehntes Mal 2,5 Jahre nach der Explosion im sichtbaren und infraroten Spektralbereich mit dem X-Shooter Spektrografen. Diese ungewöhnlich helle Supernova, die Folge des Todes eines massereichen Sterns, explodierte in der kleinen Galaxie UGC 5189A.

„Indem wir die Daten der frühen neun Beobachtungen kombinierten, konnten wir die erste Messung der Absorption verschiedener Wellenlängen im Staub um eine Supernova machen“, erklärt Erstautorin Christa Gall von der Universität Aarhus in Dänemark. „Dadurch konnten wir mehr über diesen Staub herausfinden, als uns bisher möglich war.“

Die Gruppe stellte fest, dass die Staubbildung kurz nach der Explosion beginnt und sich über einen langen Zeitraum fortsetzt. Die neuen Messungen zeigten auch, wie groß die Staubkörner sind und woraus sie bestehen. Diese Entdeckungen gehen einen Schritt weiter als die kürzlich veröffentlichten Ergebnisse vom Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), nach denen die Überreste der berühmten Supernova 1987A (SN 1987A; eso1401) randvoll von frisch gebildeten Staub von Supernovaexplosion sind.

Die Gruppe fand heraus, dass sich Staubkörner, die größer als ein tausendstel Millimeter im Durchmesser sind, schnell im dichten Material um den Stern bilden. Obwohl sie damit für menschliche Verhältnisse immer noch winzig sind, sind sie für kosmische Staubteilchen überraschend groß. Das wiederum macht sie resistent gegen destruktive Prozesse. Eine der größten offenen Fragen des ALMA-Fachartikels war, wie die Staubkörner die brutale und zerstörerische Umgebung in den Überresten von Supernovae überstehen konnten. Die neuen Ergebnisse haben diese Frage jetzt beantwortet - die Körner sind größer als erwartet.

„Unser Nachweis großer Staubkörner kurz nach der Supernovaexplosion bedeutet, dass es einen schnellen und effizienten Weg geben muss, sie zu bilden“, ergänzt Jens Hjorth vom Niels Bohr Institut der Universität Kopenhagen in Dänemark, einer der Koautoren der Studie, und fügt hinzu: „Wir verstehen noch nicht genau wie das eigentlich passiert.“

Aber die Astronomen glauben zu wissen, wo sich der Staub gebildet haben muss, nämlich im Material, das der Stern in die Umgebung abgestoßen hatte, noch bevor er explodierte. Als die Schockwelle der Supernova expandierte, schuf sie eine kühle und dichte Hülle aus Gas. Genau die Art von Umgebung, in der Staubkörner kondensieren und wachsen könnten.

Die Ergebnisse der Beobachtung deuten darauf hin, dass in einem zweiten Schritt, nach einigen hundert Tagen, ein beschleunigter Prozess der Staubbildung stattfindet, an dem Material, das von der Supernova abgegeben wird, beteiligt ist. Wenn die Staubproduktion in SN2010jl weiterhin dem beobachteten Trend folgt, wird die gesamte Staubmasse 25 Jahre nach der Supernova ungefähr der halben Masse der Sonne entsprechen, ähnlich den Staubmassen, die in anderen Supernovae wie SN 1987A beobachtet wurden.

„In letzter Zeit haben Astronomen viel Staub in den Überresten von Supernovae gefunden, die nach der Explosion entstanden sind. Allerdings haben sie auch Beweise für kleine Mengen von Staub gefunden, die tatsächlich in der Supernovaexplosion selbst entstanden sind. Diese beachtlichen neuen Beobachtungen erklären, wie dieser scheinbare Widerspruch gelöst werden kann“, schließt Christa Gall.

Endnoten

[1] Kosmischer Staub besteht aus Silizium- und amorphen Kohlenstoffkörnern: Mineralien, die auch auf der Erde häufig vorkommen. Der Ruß einer Kerze ist kosmischem Staub sehr ähnlich, obwohl die Korngröße des Rußes zehnmal größer ist als die typische Größe eines kosmischen Staubkorns.

[2] Das Aufleuchten dieser Supernova wurde 2010 beobachtet, wie es im Namen SN 2010jl andeutet. Sie ist als Typ IIn klassifiziert. Supernova vom Typ II entstehen aus einer gewaltigen Explosion eines Sterns mit mindestens acht Sonnenmassen. Der Untertyp IIn („n“ steht für „narrow“, also schmal) zeigt schmale Wasserstofflinien in seinem Spektrum. Diese Linien sind das Resultat der Wechselwirkung zwischen dem Material, das von der Supernova abgestoßen wird und dem Material, das den Stern bereits umgibt.

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