Universet er overfylt av kosmisk støv. Planeter dannes i virvlende støvskyer rundt en ung stjerne; Støvfelter gjemmer fjernere stjerner i Melkeveien over oss; Og molekylært hydrogen dannes på støvkornene i det interstellare rom.
Selv sot fra et stearinlys ligner veldig på kosmisk karbonstøv. Begge består av silikat og amorf karbonkorn, selv om størrelseskornene i sotet er 10 eller flere ganger større enn typiske kornstørrelser i verdensrommet.
Men hvor kommer det kosmiske støvet fra?
En gruppe astronomer har vært i stand til å følge kosmisk støv som ble skapt i kjølvannet av en supernovaeksplosjon. Den nye forskningen viser ikke bare at det dannes støvkorn i disse massive eksplosjonene, men at de også kan overleve de påfølgende sjokkbølgene.
Stjerner henter innledningsvis energien sin ved å fusjonere hydrogen til helium dypt inne i kjernene. Men etter hvert vil en stjerne gå tom for drivstoff. Etter litt rotete fysikk, vil stjernens sammenslåtte kjerne begynne å smelte helium til karbon, mens et skall over kjernen fortsetter å smelte hydrogen til helium.
Mønsteret fortsetter for stjerner til middels til høy masse, og skaper lag med forskjellige kjerner som brenner rundt stjernens kjerne. Så syklusen med stjernefødsel og død har jevnlig produsert og spredt mer tunge elementer gjennom hele den kosmiske historien, noe som gir stoffene som er nødvendige for kosmisk støv.
"Problemet har vært at selv om støvkorn bestående av tunge elementer ville danne seg i supernovaer, er supernovaeksplosjonen så voldelig at støvkornene kanskje ikke overlever," sa medforfatter Jens Hjorth, leder av Dark Cosmology Center ved Niels Bohr Institutt i en pressemelding. "Men kosmiske korn av betydelig størrelse eksisterer, så mysteriet har vært hvordan de dannes og har overlevd de påfølgende sjokkbølgene."
Teamet ledet av Christa Gall brukte ESOs Very Large Telescope ved Paranal Observatory i Nord-Chile for å observere en supernova, kalt SN2010jl, ni ganger i månedene etter eksplosjonen, og for en tiende gang 2,5 år etter eksplosjonen. De observerte supernovaen i både synlige og nær-infrarøde bølgelengder.
SN2010jl var 10 ganger lysere enn den gjennomsnittlige supernovaen, noe som gjorde den eksploderende stjernen 40 ganger solens masse.
"Ved å kombinere dataene fra de ni tidlige settene med observasjoner var vi i stand til å foreta de første direkte målingene av hvordan støvet rundt en supernova absorberer de forskjellige lysfargene," sa hovedforfatter Christa Gall fra Aarhus Universitet. "Dette tillot oss å finne ut mer om støvet enn det som hadde vært mulig før."
Resultatene indikerer at støvdannelse starter like etter eksplosjonen og fortsetter over lang tid.
Støvet dannes til å begynne med i materiale som stjernen utviste ut i verdensrommet allerede før den eksploderte. Deretter oppstår en andre bølge av støvdannelse, som involverer sprøytet materiale fra supernovaen. Her er støvkornene enorme - en tusendels millimeter i diameter - noe som gjør dem motstandsdyktige mot støtbølger som følger.
“Når stjernen eksploderer, treffer sjokkbølgen den tette gassskyen som en murvegg. Det hele er i gassform og utrolig varmt, men når utbruddet treffer ‘veggen’ blir gassen komprimert og kjøles ned til rundt 2000 grader, sier Gall. "Ved denne temperaturen og tettheten kan elementer kjerne og danne faste partikler. Vi målte støvkorn så store som rundt en mikron (en tusendels millimeter), som er stor for kosmiske støvkorn. De er så store at de kan overleve sin videre reise ut i galaksen. ”
Hvis støvproduksjonen i SN2010jl fortsetter å følge den observerte trenden, innen 25 år etter supernovaeksplosjonen, vil den totale støvmassen ha halvparten av solen.
Resultatene er publisert i Nature og kan lastes ned her. Niels Bohr Institutts pressemelding og ESOs pressemelding er også tilgjengelig.
