Støvet supernova-rest. Klik for at forstørre
En supernova-rest i Small Magellanic Cloud er kun 1.000 år gammel; hvilket gør det til en af de yngste nogensinde opdaget. Aktuelle teorier om supernovaer forudsiger, at det skal have 100 gange det støv, som astronomer kan registrere. Det er muligt, at supernovaschockbølger forhindrede støvdannelse, eller store mængder koldere støv bare ikke blev set af infrarøde instrumenter.
En af de yngste supernova-rester, der er kendt, en glødende rød kugle af støv skabt af eksplosionen for 1.000 år siden af en supermassiv stjerne i en nærliggende galakse, den lille magellanske sky, udviser det samme problem som eksploderende stjerner i vores egen galakse: for lidt støv .
Nylige målinger fra University of California, Berkeley, astronomer ved hjælp af infrarøde kameraer ombord på NASAs Spitzer-rumteleskop viser højst en hundredeedel af den støvmængde, der er forudsagt af aktuelle teorier om supernovaer i kernekollaps, næsten ikke planetenes masse i solsystemet .
Uoverensstemmelsen udgør en udfordring for forskere, der prøver at forstå oprindelsen af stjerner i det tidlige univers, fordi støv, der primært produceres fra eksploderende stjerner, antages at frø dannelsen af nye generationers stjerner. Mens resterne af supermassive eksploderende stjerner i Mælkevej-galaksen også viser mindre støv end forudsagt, havde astronomer håbet, at supernovaer i den mindre udviklede Lille Magellaniske Sky ville stemme overens med deres modeller.
”Det meste af det foregående arbejde var kun fokuseret på vores galakse, fordi vi ikke havde tilstrækkelig opløsning til at se længere væk i andre galakser,” sagde astrofysiker Snezana Stanimirovic, en forskningsassistent ved UC Berkeley. ”Men med Spitzer kan vi få virkelig observationer i høj opløsning af Lille Magellanisk Sky, der er 200.000 lysår væk. Da supernovaer i Small Magellanic Cloud oplever forhold, der ligner dem, vi forventer for tidlige galakser, er dette en unik test af støvdannelse i det tidlige univers. ”
Stanimirovic rapporterer om sine fund i en præsentation og presse briefing i dag (tirsdag 6. juni) på et møde i American Astronomical Society i Calgary, Alberta, Canada.
Stanimirovic spekulerer i, at uoverensstemmelsen mellem teori og observationer kan være resultatet af noget, der påvirker effektiviteten, som tunge elementer kondenserer til støv, fra en meget højere grad af støvødelæggelse i energiske supernovaschockbølger, eller fordi astronomer mangler en meget stor mængde meget koldere støv, der kunne være skjult for infrarøde kameraer.
Denne konstatering antyder også, at alternative steder med støvdannelse, især de kraftige vinde fra massive stjerner, kan være mere vigtige bidragydere til støvpuljen i oprindelige galakser end supernovaer.
Massive stjerner - det vil sige stjerner, der er 10 til 40 gange større end vores sol - menes at afslutte deres liv med et massivt kollaps af deres kerner, der sprænger de ydre lag af stjerner væk og spreder tunge elementer som silicium, kulstof og jern i ekspanderende sfæriske skyer. Dette støv menes at være kilden til materiale til dannelse af en ny generation af stjerner med mere tunge elementer, såkaldte "metaller", ud over den meget mere rigelige brint og heliumgas.
Stanimirovic og kolleger ved UC Berkeley, Harvard University, California Institute of Technology (Caltech), Boston University og adskillige internationale institutter danner et samarbejde kaldet Spitzer Survey of the Small Magellanic Cloud (S3MC). Gruppen drager fordel af Spitzer-teleskopets hidtil uset opløsning til at studere interaktioner i galaksen mellem massive stjerner, molekylære støvskyer og deres miljø.
Ifølge Alberto Bolatto, en forskningsmedarbejder ved UC Berkeley og hovedundersøger for S3MC-projektet, “er den lille magellanske sky ligesom et laboratorium til testning af støvdannelse i galakser med forhold, der er meget tættere på galaksernes i det tidlige univers.”
”Det meste af den stråling, der produceres af supernovarester, udsendes i den infrarøde del af spektret,” sagde Bryan Gaensler fra Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics i Cambridge, Mass. ”Med Spitzer kan vi endelig se, hvordan disse objekter virkelig ser ud .”
Kaldte en dværg uregelmæssig galakse, den lille magellanske sky og dens ledsager, den store magellanske sky, kredser om den langt større mælkevej. Alle tre er omkring 13 milliarder år gamle. I løbet af eons har Mælkevejen skubbet og trukket disse satellitgalakser, hvilket skabt intern turbulens, der sandsynligvis er ansvarlig for den langsommere stjernedannelse, og dermed den langsomme udvikling, der får den lille magellanske sky til at se ud som meget yngre galakser set længere væk.
”Denne galakse har virkelig haft en vild fortid,” sagde Stanimirovic. På grund af dette er ”støvindholdet og forekomsten af tunge elementer i den lille magellanske sky imidlertid meget lavere end i vores galakse,” sagde hun, ”mens det interstellare strålingsfelt fra stjerner er mere intens end i Mælkevejen. . Alle disse elementer var til stede i det tidlige univers. ”
Takket være 50 timers observation med Spitzers infrarøde array-kamera (IRAC) og Multiband Imaging Photometer (MIPS), afbildede S3MC-undersøgelsesteamet den centrale del af galaksen i 2005. I et stykke af dette billede bemærkede Stanimirovic en rød sfærisk boble, der hun opdagede svarede nøjagtigt til en kraftig røntgenkilde, der tidligere blev observeret af NASAs Chandra X-ray Observatory-satellit. Bolden viste sig at være en supernova-rest, 1E0102.2-7219, meget studeret i de sidste par år i de optiske, røntgenstråler og radiobånd, men aldrig før set i det infrarøde.
Infrarød stråling udsendes af varme genstande, og faktisk stråling fra supernova-rest, der er synlig i kun et bølgelængde-bånd, indikerede, at den 1000 år gamle støvboble næsten ens var 120 Kelvin, svarende til 244 grader Fahrenheit under nul. E0102, blandt den yngste tredjedel af alle kendte supernovarester, skyldtes sandsynligvis en eksplosion af en stjerne, der er 20 gange solens størrelse, og affaldet har siden den tid udvidet sig til ca. 1.000 kilometer pr. Sekund.
De infrarøde data gav en mulighed for at se, om tidligere generationer af stjerner - dem med lave forekomster af tungmetaller - svarer tættere til de nuværende teorier om støvdannelse i eksploderende supermassive stjerner. Desværre var mængden af støv - næsten en tusindedel af solens masse - mindst 100 gange mindre end forudsagt, svarende til situationen med den velkendte supernova-rest Cassiopeia A i Mælkevejen.
S3MC-teamet planlægger fremtidige spektroskopiske observationer med Spitzer-teleskopet, der vil give information om den kemiske sammensætning af støvkorn dannet i supernovaeksplosioner.
Arbejdet blev sponsoreret af National Aeronautics and Space Administration og National Science Foundation.
NASAs Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Californien, administrerer Spitzer-rumteleskopmissionen for NASAs Science Mission Directorate med base i Washington D.C. Videnskabsoperationer udføres i Spitzer Science Center i Caltech, også i Pasadena. JPL er en afdeling af Caltech.
Original kilde: UC Berkeley News Release
