ALMA
Supernova 1987A als Staubproduzent
von Stefan Deiters
astronews.com
7. Januar 2014

Woher kommt der Staub, den man in vielen Galaxien besonders im jungen Universum beobachtet hat? Schon lange hatten Astronomen Supernova-Explosionen im Verdacht, doch fehlten bislang Beobachtungen, die dies definitiv belegen. Mithilfe von ALMA konnte nun eine große Menge Staub im Überrest der Supernova 1987A nachgewiesen werden - und dies am Ort seiner Entstehung.

Die Reste der Supernova 1987A in verschiedenen Wellenlängen. ALMA-Daten sind rot dargestellt und zeigen den neu entstandenen Staub. Daten von Hubble (grün) und dem Röngtenteleskop Chandra (blau) zeigen die expandierende Stoßwelle der Supernova. Bild: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO) / A. Angelich. / NASA/ESA (Hubble) / NASA Chandra X-Ray Observatory [Großansicht]

Kosmischer Staub, der in der Regel aus Silizium- und Graphitkörnern besteht, ist in Galaxien allgegenwärtig - insbesondere in den Galaxien im jungen Universum. Als Quelle des Staubs haben die Astronomen hier vor allem Supernova-Explosionen in Verdacht, die das Ende im Leben eines massereichen Sterns darstellen.

Bislang war es allerdings nicht gelungen, diese Theorie auch durch entsprechende Beobachtungen zu untermauern. Zwar wurde in jungen Supernova-Überresten Staub entdeckt, doch handelte es sich dabei oft um relativ geringe Mengen, die den Staubgehalt in manchen Galaxien kaum erklären konnten.

Neue Beobachtungen mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), einem Verbund aus zahlreichen Radioteleskopen in der chilenischen Atacamawüste, haben nun zusätzliche Beweise dafür geliefert, dass Supernovae Staub tatsächlich in ausreichend großer Menge produzieren können.

"Wir haben eine bemerkenswert große Masse an Staub im zentralen Bereich des Materials gefunden, das von einer relativ jungen und nahegelegenen Supernova ins All geschleudert wurde", erklärt Remy Indebetouw vom National Radio Astronomy Observatory (NRAO) und der University of Virginia im US-amerikanischen Charlottesville. "Es ist das erste Mal, dass wir tatsächlich den Ort der Staubproduktion sehen können, was sehr wichtig für das Verständnis der Entwicklung von Galaxien ist."

Ziel der Beobachtungen der Astronomen war die Supernova 1987A, deren Explosion in der Großen Magellanschen Wolke man im Jahr 1987 verfolgen konnte. Die Große Magellansche Wolke ist eine Satellitengalaxie der Milchstraße und rund 160.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Supernova 1987A ist die uns am nächsten gelegene in der Zeit der modernen Astronomie beobachtete Supernova. Nur Johannes Kepler hatte im Jahr 1604 eine noch nähere Supernova beobachten können. Sie befand sich sogar in unserer Milchstraße.

Im Falle von Supernova 1987A hatten Astronomen vorhergesagt, dass sich nach dem Abkühlen des Gases nach der Explosion große Mengen an Staub in den kälteren Zentralregionen des Überrests bilden sollten. Beobachtungen in den ersten 500 Tagen nach der Explosion mit Infrarotteleskopen zeigten allerdings lediglich eine kleine Menge von heißem Staub. Erst Beobachtungen mit dem Weltraumteleskop Herschel hatten 2011 gezeigt, dass es vermutlich deutlich mehr Staub dort gibt (astronews.com berichtete).

Mit ALMA haben die Astronomen nun nach kaltem Staub gefahndet, der im Millimeter- und Submillimeter-Wellenlängenbereich zu beobachten ist. Und tatsächlich entdeckten die Forscher neu entstandenen Staub, der zusammengenommen etwa ein Viertel der Masse unserer Sonne ausmacht. Zudem konnten sie signifikante Mengen an Kohlenmonoxid und Siliziummonoxid nachweisen, die sich auch neu gebildet haben.

"Supernova 1987A ist ein ganz besonderer Ort, weil sich hier noch nichts mit umliegendem Material vermischt hat, so dass wir erkennen können, was dort entstanden ist", unterstreicht Indebetouw. "Die neuen ALMA-Ergebnisse, bei denen es sich um die ersten Daten dieser Art handelt, zeigen einen Supernova-Überrest, der voll von Material ist, das es vor einigen Jahrzehnten noch nicht gab."

Ob der nun entdeckte neu entstandene Staub allerdings tatsächlich den Staubgehalt der Umgebung in größerem Umfang wird anreichern können, muss sich erst noch erweisen: Die Stoßwelle der Supernova dürfte nämlich irgendwann auf Material treffen, das der Stern in seiner Roten-Riesen-Phase vor der Explosion abgestoßen hat und dadurch teilweise wieder zurückgeworfen werden.

"Diese zurückgeworfene Stoßwelle wird schließlich auch auf diese Klumpen aus neu entstandenem Staub treffen", blickt Indebetouw in die Zukunft. "Es ist wahrscheinlich, dass dies ein Teil des Staubs nicht übersteht. Es ist schwierig vorherzusagen, wie viel genau - vielleicht nur wenig, eventuell aber sogar die Hälfte oder zwei Drittel." Sollte ein signifikanter Teil des Staubs überleben und es in den interstellaren Raum schaffen, wäre die Supernova ein Beispiel dafür, wie die großen Staubmengen entstanden sind, die man in Galaxien im jungen Universum beobachtet hat.

"Galaxien im wirklich jungen Universum sind außerordentlich staubig und dieser Staub spielt eine wichtige Rolle bei der Entwicklung der Galaxien", erklärt Mikako Matsuura vom University College London. "Heute wissen wir, dass sich Staub auf ganz unterschiedliche Weise bilden kann, im jungen Universum jedoch muss er durch Supernovae entstanden sein. Wir haben nun einen direkten Beweis dafür, dass diese Theorie stimmt."

Über ihre Beobachtungen des Überrests von Supernova 1987A berichten die Astronomen in einem Fachartikel in der Zeitschrift Astrophysical Journal Letters.