Universet strømmer over af kosmisk støv. Planeter dannes i hvirvlende støvskyer omkring en ung stjerne; Støvbaner skjuler fjernere stjerner i Mælkevejen over os; Og molekylært brint dannes på støvkornene i det interstellare rum.
Selv sod fra et stearinlys ligner meget kosmisk kulstofstøv. Begge består af silikat og amorfe kulstofkerner, skønt størrelseskornene i soden er 10 eller flere gange større end typiske kornstørrelser i rummet.
Men hvor kommer det kosmiske støv fra?
En gruppe astronomer har været i stand til at følge kosmisk støv, der skabes i kølvandet på en supernovaeksplosion. Den nye forskning viser ikke kun, at der dannes støvkorn i disse massive eksplosioner, men at de også kan overleve de efterfølgende chokbølger.
Stjerner trækker oprindeligt deres energi ved at smelte brint i helium dybt inde i deres kerner. Men efterhånden vil en stjerne løbe tør for brændstof. Efter lidt rodet fysik vil stjernens sammentrækkede kerne begynde at smelte helium til kulstof, mens en skal over kernen fortsætter med at smelte brint til helium.
Mønsteret fortsætter for stjerner til medium til høj masse, hvilket skaber lag med forskellige nukleare afbrændinger omkring stjernens kerne. Så cyklusen med stjernefødsel og død har støt produceret og spredt mere tunge elementer gennem hele den kosmiske historie, hvilket giver de stoffer, der er nødvendige for kosmisk støv.
”Problemet har været, at selv om støvkorn bestående af tunge elementer ville danne sig i supernovaer, er supernovaeksplosionen så voldelig, at støvkornene muligvis ikke overlever,” sagde medforfatter Jens Hjorth, leder af Dark Cosmology Center ved Niels Bohr Institut i en pressemeddelelse. ”Men der findes kosmiske korn af betydelig størrelse, så mysteriet har været, hvordan de dannes og har overlevet de efterfølgende chokbølger.”
Holdet ledet af Christa Gall brugte ESOs Very Large Telescope ved Paranal Observatory i det nordlige Chile til at observere en supernova, døbt SN2010jl, ni gange i månederne efter eksplosionen og for en tiende gang 2,5 år efter eksplosionen. De observerede supernovaen i både synlige og næsten infrarøde bølgelængder.
SN2010jl var 10 gange lysere end den gennemsnitlige supernova, hvilket gjorde den eksploderende stjerne 40 gange solens masse.
”Ved at kombinere dataene fra de ni tidlige sæt observationer kunne vi foretage de første direkte målinger af, hvordan støvet omkring en supernova optager de forskellige farver i lys,” sagde hovedforfatter Christa Gall fra Aarhus Universitet. ”Dette gjorde det muligt for os at finde ud af mere om støvet, end der havde været muligt før.”
Resultaterne indikerer, at støvdannelse starter kort efter eksplosionen og fortsætter over en lang periode.
Støvet dannes oprindeligt i materiale, som stjernen uddrev i rummet, allerede før det eksploderede. Derefter forekommer en anden bølge af støvdannelse, der involverer udsat materiale fra supernovaen. Her er støvkornene massive - en tusindedel af en millimeter i diameter - hvilket gør dem modstandsdygtige over for alle efterfølgende stødbølger.
”Når stjernen eksploderer, rammer chokbølgen den tætte gassky som en mur. Det hele er i gasform og utroligt varmt, men når udbruddet rammer 'muren', komprimeres gassen og afkøles til omkring 2.000 grader, ”sagde Gall. ”Ved denne temperatur og densitet kan elementer nukleere og danne faste partikler. Vi målte støvkorn så store som omkring en mikron (en tusindedel af en millimeter), som er stor til kosmiske støvkorn. De er så store, at de kan overleve deres videre rejse ud i galaksen. ”
Hvis støvproduktionen i SN2010jl fortsætter med at følge den observerede tendens, 25 år efter supernovaeksplosionen, vil den samlede støvmasse have halvdelen af solens masse.
Resultaterne er offentliggjort i Nature og kan downloades her. Niels Bohr Instituts pressemeddelelse og ESOs pressemeddelelse er også tilgængelige.
