Kosmiske støvkorn dannes i supernova-eksplosioner
Der er milliarder af stjerner og planeter i universet. En stjerne er en glødende kugle af gas, mens planeter som Jorden består af faste stoffer. Planeterne er dannet støvskyer, der har hvirvlet rundt om en nydannet stjerne. Støvkornene, der består af faste stoffer som kul, jern, silikater, magnesium mm, har til sidst klumpet sig sammen og dannet en planet. Men hvor kommer det kosmiske støv fra? Ny forskning fra bl.a. Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet og Aarhus Universitet viser, at ikke alene kan støvkorn dannes i gigantiske supernova-eksplosioner, men de kan overleve de efterfølgende chokbølger, som de udsættes for. Resultaterne er publiceret i det ansete videnskabelige tidsskrift, Nature.
Det har længe været et mysterium for astronomerne, hvordan det kosmiske støv bliver dannet. Selve grundstofferne dannes i stjernerne ud fra stjernens glødende gas af brint. Brintatomerne smelter sammen til tungere og tungere grundstoffer og i fusionsprocessen udsender stjernen stråling af lys og dermed energi. Når al brint er opbrugt, og der ikke kan udvindes mere energi, så dør stjernen, og kæmpemæssige gasskyer bliver slynget ud i rummet, hvor de genbruges til nye stjerner i et enormt kosmisk kredsløb.
Billedet fra NASA/ESA Hubble Space Telescope viser den uregelmæssige dværggalakse, som var hjemsted for den ekstremt lysstærke supernova, SN 2010jl. Billedet her er taget før supernovaen eksploderede, men positionen af den ekstremt massive stjerne er markeret. Den eksploderende stjerne havde været kæmpestor og tung med mere end 40 gange Solens masse. (ESO)
De tunge grundstoffer dannes mest i supernovaer, som er kæmpestjerner, der dør i en gigantisk eksplosion. Men hvordan vokser stofferne til ’større klumper’ som kosmiske støvkorn?
Mysteriet om støvets oprindelse
”Problemet har været, at selvom der i supernovaen er blevet dannet støvkorn bestående af tunge grundstoffer, så er supernova-eksplosionen så voldsom, at støvkornene ikke kan overleve. Men de kosmiske støvkorn af anselig størrelse er der, så mysteriet har været, hvordan de så er dannet og har overlevet de efterfølgende chokbølger. Det kaster vores forskning helt nyt lys på – både hvordan det dannes og overlever chokbølgerne”, fortæller professor Jens Hjorth, leder af Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.
Forskerne observerer supernovaer med det astronomiske instrument X-shooter på de europæiske kæmpeteleskoper, VLT i Chile. En stor del af X-shooteren er udviklet og bygget af danske forskere på Niels Bohr Institutet, og det særlige ved instrumentet er både, at det er ekstremt følsomt, og at man med de tre spektografer observerer alt lyset på én gang – lige fra ultraviolet over synligt lys til infrarødt lys. Det er ekstremt vigtigt, når man observerer fænomener i det fjerne univers.
Jens Hjorth fortæller, at først skulle de vente på, at den helt rigtige, lysstærke supernova eksploderede. De var heldige, og da det skete, gik de i gang med observationerne. Det drejede sig om en meget klar supernova, som var 10 gange mere lysstærk end gennemsnittet. Selve den eksploderende stjerne havde været kæmpestor og tung med mere end 40 gange Solens masse. Forskere fra bl.a. Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet og Aarhus Universitet fulgte eksplosionen lige fra starten og 2½ år frem og analyserede lyset fra den meget klare og lysstærke supernova.
Støv dannes ved opbremsning
”Støv absorberer lys, og ud fra vores data kunne vi beregne en kurve, som fortalte os om mængden af støv, støvets sammensætning og størrelsen af støvkorn. Det viste noget meget spændende”, fortæller Christa Gall, postdoc på Aarhus Universitet og tilknyttet Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.
Kunstnerisk gengivelse af støvdannelse omkring en supernova-eksplosion. Observationerne med X-shooteren på VLT viser, at støvdannelsen har to stadier, der begynder kort efter eksplosionen, men fortsætter længe efter. (ESO/M. Kornmesser)
Christa Gall, der har ledet projektet forklarer, at det første trin i støvdannelsen er en mini-eksplosion, hvor stjernen udsender et udbrud af materiale indeholdende brint, helium og kulstof. Denne gassky bliver liggende som en skal omkring stjernen. Der kommer flere af sådanne små-udbrud, og skallen rundt om stjernen bliver tættere. Til sidst eksploderer stjernen, og pludseligt får den tætte gassky en meget vigtig betydning.
”Når stjernen eksploderer, rammer chokbølgen ind i den tætte gassky som en mur. Det hele er på gasform og kolossalt hedt, men når udbruddet rammer ’muren’ presses gassen sammen og køles ned til omkring 2.000 grader. Ved den temperatur og tæthed kan stofferne binde sig til hinanden og danne faste partikler og støvkorn. Vi målte støvkorn på omkring en mikrometer (en tusindedel af en millimeter), hvilket er stort for kosmiske støvkorn. De er så store, at de kan overleve deres videre rejse ud i galaksen”, fortæller Christa Gall.
Forskerne mener dermed at have fundet en forklaring på, hvordan det kosmiske støv dannes og overlever supernovaens voldsomme chokbølger.