ALMA entdeckt Supernova-Staubfabrik

Diese kombinierte Aufnahme zeigt den Überrest der Supernova 1987A als Kombination von Submillimeterdaten (rot), optischen daten von Hubble (grün) und Röntgendaten von Chandra (blau)

Bild: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO)/A. Angelich. Visible light image: the NASA/ESA Hubble Space Telescope. X-Ray image: The NASA Chandra X-Ray Observatory

Eindrucksvolle neue Aufnahmen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) zeigen zum ersten Mal die Überreste einer neuen Supernova, die voll von frisch entstandenem Staub sind. Wenn genug von diesem Staub den gefährlichen Übergang in den interstellaren Raum schafft, könnte dies erklären, wie viele Galaxien in den Besitz ihrer staubigen, dunklen Erscheinung gekommen sind.

Galaxien können bemerkenswert staubige Orte sein ^[1], und man geht davon aus, dass insbesondere im frühen Universum Supernovae die Hauptquelle für diesen Staub sind. Jedoch war die Beweislage für die Staubproduktionsfähigkeiten von Supernovae bisher eher dünn und konnte die große Menge an Staub, die in jungen Galaxien beobachtet wird, nicht erklären. Die neuen Beobachtungen von ALMA ändern dies nun.

„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.”

Ein internationales Team von Astronomen hat mit ALMA die glimmenden Überreste der Supernova 1987A ^[2] 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.

Mit ALMAs beispielloser Auflösung und Empfindlichkeit war das Wissenschaftlerteam 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. „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.”

Endnoten

[1] Kosmischer Staub besteht aus Silizium- und Graphitkörnern – Mineralien, die auch auf der Erde zu finden sind. Der Ruß einer Kerze ist den kosmischen Graphitstaub sehr ähnlich, obwohl die Größe der Rußkörner zehnfach größer sind als die typischen Körnergrößen des kosmischen Graphitstaubs.

[2] Das Licht dieser Supernova traf in Jahr 1987 auf der Erde ein, was sich im Namen wieder spiegelt.