SOFIA liefert neue Erkenntnisse zum Staub in der Supernova SN 1987A

Wenn sterbende Rote Riesen Materie abstoßen, bilden sich Staubteilchen, welche Teil von interstellaren Wolken unterschiedlicher Größen, Dichten und Temperaturen werden. Dieser kosmische Staub wird dann durch Supernova-Schockwellen zerstört, die sich mit Geschwindigkeiten von mehr als 10.000 Kilometern pro Sekunde im Weltraum ausbreiten.

Supernova-Explosionen gehören zu den gewaltigsten Ereignissen im Universum und besitzen eine Spitzenhelligkeit, die dem Licht von Milliarden einzelner Sterne entspricht. Die Explosion produziert auch eine Schockwelle, die fast alles in ihrem Weg zerstört, auch den Staub des umgebenden interstellaren Mediums – dem Raum zwischen den Sternen. Aktuelle Theorien sagen voraus, dass der Großteil des Staubs zerstört werden würde, wenn eine Supernova-Schockwelle die betreffende Region des Weltraums durchquert. Deshalb sollte dort nur wenig Staub vorhanden sein.

Beobachtungen mit SOFIA erzählen jedoch eine andere, rätselhafte Geschichte und offenbaren mehr als das Zehnfache der erwarteten Staubmenge. Das spricht dafür, dass der Staub eine Schockwelle viel häufiger übersteht, als die Theorien besagen.

Die neue Studie basiert auf Beobachtungen einer nahen Supernova-Explosion mit der Katalogbezeichnung SN 1987A. Als sie im Jahr 1987 entdeckt wurde, war sie die hellste Supernova seit 400 Jahren. Aufgrund ihrer relativen Nähe waren Astronomen in der Lage, in den vergangenen 30 Jahren die Auswirkungen auf ihre Umgebung zu verfolgen.

SOFIAs Beobachtungen der berühmten Supernova lassen darauf schließen, dass der Staub tatsächlich im Kielwasser der gewaltigen Schockwelle entstehen könnte. Diese Ergebnisse helfen Astronomen bei der Lösung des Rätsels, das die Häufigkeit von Staub in unserer Galaxie betrifft.

„Wir wussten bereits von dem sich langsam bewegenden Staub im Herzen der Supernova SN 1987A“, sagte Mikako Matsuura, ein Seniordozent der Cardiff University und Hauptautor der Studie. „Der Staub bildete sich aus den schweren Elementen, die im Kern des toten Sterns produziert wurden. Aber die SOFIA-Beobachtungen sagen uns etwas Neues über eine komplett unerwartete Staubpopulation.“

Die Beobachtungen wurden in einer neuen Ausgabe der Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Die Supernova SN 1987A besitzt charakteristische Ringe, welche zu einem Leerraum gehören, der bei einer früheren Phase in der Entwicklung des Sterns erschaffen wurde. Die sich schnell ausbreitende Schockwelle hat diese Ringstrukturen durchdrungen. Astronomen vermuteten, dass alle Staubteilchen in diesen Ringen zerstört wurden, aber kürzliche Beobachtungen mit SOFIA zeigen Emissionen, die mit einer wachsenden Staubpopulation in den Ringen übereinstimmen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Staubteilchen sogar nach dem katastrophalen Schaden aufgrund der vorbeiziehenden Schockwelle neu entstehen oder wachsen können. Das wiederum spricht dafür, dass dies das Ende eines Kapitels im Lebenszyklus des Staubs sein könnte, aber nicht das Ende der Geschichte zu sein scheint.

Der von SOFIA registrierte Staub könnte aus deutlichem Wachstum der existierenden Staubteilchen oder aus der Bildung einer neuen Staubpopulation resultieren. Diese neuen Beobachtungen drängen Astronomen dazu, die Möglichkeit in Betracht zu ziehen, dass die Umgebung vor der Schockwelle imstande sein könnte, sofort nach deren Passage neuen Staub zu bilden. Das ist ein neuer Anhaltspunkt, der entscheidend dafür sein könnte, den Unterschied zwischen den Staubzerstörungsmodellen und den Beobachtungen zu erklären.

Von bodengestützten Teleskopen auf der Erde ist die Beobachtung kosmischer Staubteilchen im Infrarotbereich schwierig (oder unmöglich) aufgrund starker Absorption, hauptsächlich durch Wasser und Kohlenstoffdioxid in der Erdatmosphäre. Aber das SOFIA-Teleskop fliegt an Bord eines Flugzeugs oberhalb des Großteils der störenden Moleküle und bietet Zugang zu Teilen des infraroten Spektrums, die vom Boden aus nicht zugänglich sind. Insbesondere ist SOFIAs Faint Object infraRed CAmera for the SOFIA Telescope (FORCAST) ein leistungsfähiges Instrument, um warmen Staub zu beobachten.

„FORCAST ist das einzige Instrument, das diese kritischen Wellenlängen beobachten und diese neu entstehende Population warmen Staubs registrieren kann“, sagte James De Buizer, der USRA Manager für Wissenschaftsoperationen am SOFIA Science Center und Co-Autor der Studie. „Wir planen weitere Beobachtungen mit FORCAST, um mehr Einblick in die Staubbildung und -entwicklung in Supernova-Überresten zu gewinnen.“

In Zukunft wird das James Webb Space Telescope diesen Staub detailreicher untersuchen und nach Hinweisen zu seinen Ursprüngen und zu seiner Zusammensetzung suchen.

SOFIA ist eine modifizierte Boeing 747SP mit einem 2,7-Meter-Teleskop. Es ist ein Gemeinschaftsprojekt der NASA und des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Das Ames Research Center der NASA im kalifornischen Silicon Valley leitet das SOFIA-Programm, sowie die wissenschaftlichen und missionsspezifischen Operationen in Zusammenarbeit mit der Universities Space Research Association (USRA) mit Sitz in Columbia (Maryland) und dem Deutschen SOFIA Institute (DSI) an der Universität Stuttgart. Das Flugzeug ist am Hangar 703 des Armstrong Flight Research Center der NASA in Palmdale (Kalifornien) stationiert.

Quelle

(THK)