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Supernovae: Staubfabrik Supernova

Aktuelle Beobachtungen einer Supernova-Explosion aus dem Jahr 2010 zeigen, dass bereits kurze Zeit nach dem Ausbruch in ihrer Umgebung die Bildung von Staub begann. Die Ergebnisse lassen zudem auf überraschend große Staubkörner schließen. Sie wären in der Lage, zukünftige potenziell katastrophale Ereignisse unbeschadet zu überstehen und so als Bausteine bei der Planetenentstehung zu dienen.

Das Material, welches in der Astronomie als Staub bezeichnet wird, spielt in der Strukturbildung innerhalb von Galaxien eine bedeutende Rolle. Es besteht aus Kohlenstoffverbindungen und Mineralen, die wichtig für die Entstehung von Sternen sind. Zudem gilt es als die entscheidende Zutat bei der Bildung von erdähnlichen Gesteinsplaneten innerhalb der so genannten protoplanetaren Scheiben um junge Sterne. Dafür müssen sich allerdings die schweren Elemente, die innerhalb von Sternen durch Fusionsprozesse erzeugt werden und durch Supernova-Explosionen an die Umgebung abgegeben werden, zu körnigen Bröckchen zusammenschließen. Dabei spielt das Umfeld, in dem der Staub entsteht, eine wichtige Rolle.

Staubbildung in Supernova | Die künstlerische Darstellung verdeutlicht die Staubbildung in der Umgebung einer Supernova-Explosion. Die neue Studie zeigt, dass der Prozess sehr früh einsetzt, lange andauert und Staubkörner mit Größen von mehr als vier Mikrometern erzeugen kann.

Im Detail sind die Entstehungsprozesse jedoch noch nicht verstanden. Sie müssen die Kondensation der Staubkörner sicherstellen und ihr Wachstum so weit vorantreiben, dass diese zukünftige potenziell zerstörerische Prozesse überstehen. Energiereiche Strahlung, aber auch mechanische Einwirkungen bei Kollisionen können die gebildeten Strukturen wieder aufbrechen. Tatsächlich lassen sich große Mengen von Staub in den Überresten von Supernovae nachweisen. Doch wie diese genau entstanden sind, woraus sie bestehen und wie sie die zerstörerischen Prozesse im Nachgang der Supernovae-Ausbrüche und in den aktiven Sternentstehungsgebieten ihrer Galaxien verkraften können, ist noch offen. Ihre Größe ist dabei ein entscheidendes Kriterium.

Diesen Fragen gingen Christa Gall vom Institut für Physik und Astronomie der Universität Aarhus in Dänemark und Kollegen nach. Dazu warteten sie auf ein passendes Ereignis, das sie beobachten konnten. Sie fanden ein solches in der rund 160 Millionen Lichtjahre entfernten Supernova 2010jl. Mit dem X-SHOOTER-Spektrografen am Very Large Telescope in Chile beobachteten die Astronomen das Objekt neunmal innerhalb der ersten Monate nach dem Ausbruch und ein letztes Mal etwas mehr als zwei Jahre später. In den Spektren suchten sie nach Anzeichen für Staubbildung, die sich in der Absorption des Lichts widerspiegelt. Die zeitliche Entwicklung ihrer Daten lässt darauf schließen, dass sich bereits kurz nach der Explosion Staub in der Umgebung bilden konnte. Ihre Analyse ergab zudem, dass der Staub aus amorphen, ungeordneten kohlenstoffhaltigen Verbindungen besteht und Größen von mehr als vier Mikrometern aufweist.

Die Forscher gehen davon aus, dass sich dieser aus dem Material bildete, das die Supernova wie eine Hülle umgibt. Es wird im Zug der Explosion durch die sich ausbreitenden Stoßwellen zusammengepresst. Die Kompression fördert eine effektive Strahlungskühlung, und es entstehen dichte und kühle Regionen. In ihnen bildet sich Staub bevorzugt und kann dabei auch gut wachsen. Die Beobachtung zwei Jahre später zeigt außerdem, dass der Bildungsprozess lange anhält und von einer zweiten, beschleunigten Stufe von Staubentstehung begleitet wird. An dieser ist auch das Material beteiligt, das bei der Explosion ausgeworfen wurde. Insgesamt schätzt das Team, dass sich im Beobachtungszeitraum rund 830 Erdmassen an Staub bildeten. Sollte dieser Trend anhalten, dann ist damit zu rechnen, dass sich nach rund 25 Jahren bis zu einer halben Sonnenmasse Staub um die Supernova ansammeln könnte.

Diese Ergebnisse zeigen, dass Supernovae effiziente Brutstätten für Staub in den Galaxien sein können. Zudem belegen sie, dass dabei Staubkörner von unerwarteter Größe entstehen. Sie überschreiten die Größen, die für Staub in der Milchstraße typisch sind. Somit kann der Staub mögliche destruktive Ereignisse überstehen.

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