Astronomen finden Beleg dafür, woher all der galaktische Staub kommt

11. Jänner 2014, 17:58
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Aktuelle ALMA-Messungen zeigen, dass die Supernova SN 1987A eine produktive Staubfabrik ist

Blickt man von der Erde aus in Richtung Milchstraßen-Zentrum, dann fällt auf, dass man - zumindest im optischen Lichtspektrum - eigentlich nichts vom Inneren unserer Heimatgalaxis erkennen kann. Schuld daran sind dichte Materiewolken. Einen Teil davon bildet Sternenstaub - also gleichsam Rußpartikel, die bei Supernovae-Explosionen entstehen. Dieser Staub besteht aus Silizium- und Graphitkörnern – Mineralien, die auch auf der Erde zu finden sind. Die Rußpartikel einer brennenden Kerze sind allerdings im Vergleich zu kosmischen Graphitstaubkörnern zehn Mal größer.

Bislang ließ sich schwer abschätzen, welchen Beitrag Supernovae tatsächlich am gesamten galaktischen Staubaufkommen leisten. Aktuelle Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) lieferten nun jedoch entscheidende Hinweise. Die eindrucksvollen neue Aufnahmen zeigen zum ersten Mal die Überreste einer neuen Supernova, die voll von frisch entstandenem Staub sind. Wenn genug von diesem Staub den Übergang in den interstellaren Raum schafft, könnte dies erklären, wie viele Galaxien in den Besitz ihrer staubigen, dunklen Erscheinung gekommen sind.

"Wir haben eine bemerkenswert große Staubmasse gefunden, die in der zentralen Region der Ausflüsse einer relativ jungen und nahen Supernova konzentriert ist", erläutert Remy Indebetouw, Astronom vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO) und an der University of Virginia, beide in Charlottesville in den USA. "Damit sind wir erstmalig in der Lage, wirklich abzubilden, wo der Staub entsteht. Für das Verständnis der Entwicklung von Galaxien ist das enorm wichtig."

Nächst gelegene Supernova seit über 400 Jahren

Ein internationales Team von Astronomen hat mit ALMA die glimmenden Überreste der Supernova 1987A beobachtet, die in der Großen Magellanschen Wolke stattgefunden hat, einer etwa 160.000 Lichtjahre entfernten Zwerggalaxie im Umlauf um unsere Milchstraße. SN 1987A ist die am nächsten gelegene beobachtete Supernovaexplosion seit Johannes Keplers Beobachtung der Supernova innerhalb der Milchstraße im Jahr 1604.

Astronomen hatten vorhergesagt, dass sich große Mengen an Staub bilden würden während das Gas nach der Explosion abkühlt, da sich Sauerstoff-, Kohlenstoff- und Siliziumatome in den kühlen Zentralregionen des Überrests zusammenklumpen würden. Allerdings wurden bei früheren Beobachtungen von SN 1987A mit Infrarotteleskopen während der ersten 500 Tage nach der Explosion nur geringe Mengen heißen Staubs gefunden.

Staub mit einem Viertel der Sonnenmasse

Mit ALMAs hohem Auflösungsvermögen war das Wissenschafterteam in der Lage, Aufnahmen des viel häufigeren kalten Staubs zu machen, der im Millimeter- und Submillimeterbereich hell leuchtet. Die Astronomen schätzen, dass der Überrest nun etwa ein Viertel der Sonnenmasse in Form von neu entstandenem Staub enthält. Sie haben außerdem festgestellt, dass erhebliche Mengen an Kohlenstoffmonoxid und Siliziummonoxid entstanden sind.

"SN 1987A ist insofern besonders als dass sie sich nicht mit ihrer Umgebung vermischt hat. Somit ist das, was wir dort sehen, auch dort entstanden", ergänzt Indebetouw. "Die neuen Ergebnisse von ALMA, die die ersten ihrer Art sind, zeigen einen Supernovaüberrest, der voll von Material ist, das einige Jahrzehnte zuvor noch nicht existiert hat."

Supernovae können Staubkörner jedoch sowohl bilden als auch zerstören. Als die Schockwelle der ursprünglichen Explosion in den Weltraum hinaus strahlte, entstanden dadurch hell leuchtende Ringe aus Material, die in den früheren Aufnahmen mit dem NASA/ESA Hubble Space Telescope zu sehen sind. Nach dem Auftreffen auf diese Gashülle, die vom vorhergehenden Roten Riesenstern an seinem Lebensende abgestoßen wurde, prallte ein Teil dieser mächtigen Explosion zum Zentrum des Überrests zurück.

Frischer Staub sieht seiner Vernichtung entgegen

"Irgendwann wird diese reflektierte Schockwelle auf die aufgebauschten Klumpen aus frisch hergestelltem Staub prallen", prognostiziert Indebetouw. "Wahrscheinlich wird dabei ein Teil des Staubs auseinandergesprengt werden. Es ist schwer vorherzusagen wie viel – vielleicht nur wenig, möglicherweise die Hälfte oder gar zwei Drittel." Wenn ein großer Teil übrigbleibt und es in den interstellaren Raum schafft, könnte das die großen Mengen Staubs erklären, die Astronomen im frühen Universum beobachten.

"Sehr junge Galaxien sind unglaublich staubig, und dieser Staub spielt dann später eine große Rolle in ihrer Entwicklung", erläutert Mikako Matsuura vom University College London in Großbritannien. "Heute wissen wir, dass Staub auf verschiedenen Wegen gebildet werden kann, aber im frühen Universum muss der Großteil von Supernovae stammen. Wir haben endlich direkte Hinweise gefunden, die diese Theorie stützen." (red, derStandard.at, 11.1.2014)

  • Das Bild des Überrests von SN 1987A kombiniert mehrere Aufnahmen unterschiedlicher Teleskope: Die hier rot dargestellten Submillimeterdaten von ALMA zeigen neu entstandenen Staub im Zentrum des Überrests. Die optischen Daten von Hubble in grün und die Röntgendaten von Chandra, als Blautöne sichtbar gemacht, zeigen die expandierende Schockwelle.
    foto: alma (eso/naoj/nrao)/a. angelich, nasa/esa

    Das Bild des Überrests von SN 1987A kombiniert mehrere Aufnahmen unterschiedlicher Teleskope: Die hier rot dargestellten Submillimeterdaten von ALMA zeigen neu entstandenen Staub im Zentrum des Überrests. Die optischen Daten von Hubble in grün und die Röntgendaten von Chandra, als Blautöne sichtbar gemacht, zeigen die expandierende Schockwelle.

  • Der Emissionsnebel 30 Doradus, auch bekannt als Tarantelnebel, in der Großen Magellanschen Wolke bildet die Heimat der Supernova SN 1987A. Der spinnenähnliche Nebel selber befindet sich oberhalb der Bildmitte. Rechts unterhalb zeigt ein Netz aus Filamenten die Position der Sternenexplosion.
    foto: eso/r. fosbury (st-ecf)

    Der Emissionsnebel 30 Doradus, auch bekannt als Tarantelnebel, in der Großen Magellanschen Wolke bildet die Heimat der Supernova SN 1987A. Der spinnenähnliche Nebel selber befindet sich oberhalb der Bildmitte. Rechts unterhalb zeigt ein Netz aus Filamenten die Position der Sternenexplosion.

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