Staubiger Supernova-Überrest. klicken um zu vergrößern
Ein Supernova-Überrest in der kleinen Magellanschen Wolke ist nur 1000 Jahre alt; Damit ist es eines der jüngsten, die jemals entdeckt wurden. Aktuelle Theorien über Supernovae sagen voraus, dass sie den 100-fachen Staub haben sollten, den Astronomen erkennen können. Es ist möglich, dass die Supernova-Stoßwellen die Staubbildung verhinderten oder große Mengen kälteren Staubes von Infrarotinstrumenten einfach nicht gesehen wurden.
Einer der jüngsten bekannten Supernova-Überreste, ein leuchtend roter Staubball, der durch die Explosion eines supermassiven Sterns in einer nahe gelegenen Galaxie vor 1000 Jahren entstanden ist, die kleine Magellansche Wolke, weist das gleiche Problem auf wie explodierende Sterne in unserer eigenen Galaxie: zu wenig Staub .
Jüngste Messungen von Astronomen der University of California, Berkeley, mit Infrarotkameras an Bord des Spitzer-Weltraumteleskops der NASA zeigen höchstens ein Hundertstel der Staubmenge, die von aktuellen Theorien über Kernkollaps-Supernovae vorhergesagt wird, kaum die Masse der Planeten im Sonnensystem .
Die Diskrepanz stellt eine Herausforderung für Wissenschaftler dar, die versuchen, die Ursprünge von Sternen im frühen Universum zu verstehen, da angenommen wird, dass Staub, der hauptsächlich aus explodierenden Sternen erzeugt wird, die Bildung von Sternen der neuen Generation auslöst. Während Überreste von supermassiven explodierenden Sternen in der Milchstraße ebenfalls weniger Staub aufweisen als vorhergesagt, hatten Astronomen gehofft, dass Supernovae in der weniger entwickelten kleinen Magellanschen Wolke mehr mit ihren Modellen übereinstimmen würden.
"Die meisten früheren Arbeiten konzentrierten sich nur auf unsere Galaxie, da wir nicht genug Auflösung hatten, um weiter in andere Galaxien zu schauen", sagte die Astrophysikerin Snezana Stanimirovic, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin an der UC Berkeley. „Aber mit Spitzer können wir wirklich hochauflösende Beobachtungen der kleinen Magellanschen Wolke erhalten, die 200.000 Lichtjahre entfernt ist. Da Supernovae in der kleinen Magellanschen Wolke ähnliche Bedingungen aufweisen wie wir es für frühe Galaxien erwarten, ist dies ein einzigartiger Test für die Staubbildung im frühen Universum. “
Stanimirovic berichtet heute (Dienstag, 6. Juni) auf einer Tagung der American Astronomical Society in Calgary, Alberta, Kanada, über ihre Ergebnisse in einer Präsentation und einer Pressekonferenz.
Stanimirovic spekuliert, dass die Diskrepanz zwischen Theorie und Beobachtungen auf etwas zurückzuführen sein könnte, das die Effizienz der Kondensation schwerer Elemente zu Staub beeinflusst, auf eine viel höhere Staubzerstörungsrate in energetischen Supernova-Stoßwellen oder darauf, dass Astronomen eine sehr große Menge an viel kälterem fehlt Staub, der vor Infrarotkameras verborgen sein könnte.
Dieser Befund legt auch nahe, dass alternative Orte der Staubbildung, insbesondere die starken Winde von massiven Sternen, einen wichtigeren Beitrag zum Staubpool in Urgalaxien leisten können als Supernovae.
Es wird angenommen, dass massive Sterne - dh Sterne, die 10 bis 40 Mal größer sind als unsere Sonne - ihr Leben mit einem massiven Zusammenbruch ihrer Kerne beenden, der die äußeren Schichten der Sterne wegbläst und schwere Elemente wie Silizium, Kohlenstoff und Eisen in sich ausdehnenden kugelförmigen Wolken. Es wird angenommen, dass dieser Staub die Materialquelle für die Bildung einer neuen Generation von Sternen mit schwereren Elementen, sogenannten „Metallen“, zusätzlich zu dem viel häufiger vorkommenden Wasserstoff- und Heliumgas ist.
Stanimirovic und Kollegen von der UC Berkeley, der Harvard University, dem California Institute of Technology (Caltech), der Boston University und mehreren internationalen Instituten bilden eine Zusammenarbeit namens Spitzer Survey of the Small Magellanic Cloud (S3MC). Die Gruppe nutzt die beispiellose Auflösung des Spitzer-Teleskops, um Wechselwirkungen in der Galaxie zwischen massiven Sternen, molekularen Staubwolken und ihrer Umgebung zu untersuchen.
Laut Alberto Bolatto, einem wissenschaftlichen Mitarbeiter an der UC Berkeley und Hauptforscher des S3MC-Projekts, ist „die kleine Magellansche Wolke wie ein Labor zum Testen der Staubbildung in Galaxien unter Bedingungen, die denen von Galaxien im frühen Universum viel näher kommen.“
"Der größte Teil der von Supernova-Überresten erzeugten Strahlung wird im infraroten Teil des Spektrums emittiert", sagte Bryan Gaensler vom Harvard-Smithsonian-Zentrum für Astrophysik in Cambridge, Massachusetts. "Mit Spitzer können wir endlich sehen, wie diese Objekte wirklich aussehen." . ”
Die kleine Magellansche Wolke und ihr Begleiter, die Große Magellansche Wolke, werden als unregelmäßige Zwerggalaxie bezeichnet und umkreisen die viel größere Milchstraße. Alle drei sind rund 13 Milliarden Jahre alt. Über Äonen hinweg hat die Milchstraße diese Satellitengalaxien geschoben und gezogen, wodurch interne Turbulenzen erzeugt wurden, die wahrscheinlich für die langsamere Sternentstehungsrate und damit für die verlangsamte Entwicklung verantwortlich sind, die die kleine Magellansche Wolke wie viel jüngere Galaxien aussehen lässt, die weiter entfernt sind.
"Diese Galaxie hat wirklich eine wilde Vergangenheit", sagte Stanimirovic. Aus diesem Grund sind „der Staubgehalt und die Häufigkeit schwerer Elemente in der kleinen Magellanschen Wolke viel geringer als in unserer Galaxie“, sagte sie, „während das interstellare Strahlungsfeld von Sternen intensiver ist als in der Milchstraße . All diese Elemente waren im frühen Universum vorhanden. “
Dank 50 Stunden Beobachtung mit Spitzers Infrarot-Array-Kamera (IRAC) und Multiband Imaging Photometer (MIPS) bildete das S3MC-Vermessungsteam 2005 den zentralen Teil der Galaxie ab. In einem Teil dieses Bildes bemerkte Stanimirovic eine rote Kugelblase, die Sie entdeckte, dass sie genau mit einer leistungsstarken Röntgenquelle korrespondierte, die zuvor vom Satelliten Chandra X-ray Observatory der NASA beobachtet wurde. Es stellte sich heraus, dass der Ball ein Supernova-Überrest war, 1E0102.2-7219, der in den letzten Jahren im optischen, Röntgen- und Radioband viel untersucht wurde, aber noch nie im Infrarotbereich gesehen wurde.
Infrarotstrahlung wird von warmen Objekten emittiert, und tatsächlich zeigte die Strahlung des Supernova-Überrests, die nur in einem Wellenlängenband sichtbar war, an, dass die 1000 Jahre alte Staubblase nahezu gleichmäßig 120 Kelvin betrug, was 244 Grad Fahrenheit unter Null entspricht. E0102, eines der jüngsten Drittel aller bekannten Supernova-Überreste, ist wahrscheinlich auf die Explosion eines Sterns zurückzuführen, der 20-mal so groß wie die Sonne ist, und seitdem haben sich die Trümmer mit einer Geschwindigkeit von etwa 1.000 Kilometern pro Sekunde (2 Millionen Meilen pro Stunde) ausgedehnt.
Die Infrarotdaten boten die Möglichkeit zu sehen, ob frühere Generationen von Sternen - solche mit geringer Häufigkeit von Schwermetallen - den aktuellen Theorien der Staubbildung in explodierenden supermassiven Sternen besser entsprechen. Leider war die Staubmenge - fast ein Tausendstel der Sonnenmasse - mindestens 100-mal geringer als vorhergesagt, ähnlich wie bei dem bekannten Supernova-Überrest Cassiopeia A in der Milchstraße.
Das S3MC-Team plant zukünftige spektroskopische Beobachtungen mit dem Spitzer-Teleskop, die Informationen über die chemische Zusammensetzung von Staubkörnern liefern, die bei Supernova-Explosionen gebildet werden.
Die Arbeit wurde von der National Aeronautics and Space Administration und der National Science Foundation gesponsert.
Das Jet Propulsion Laboratory der NASA in Pasadena, Kalifornien, verwaltet die Spitzer-Weltraumteleskop-Mission für das Science Mission Directorate der NASA in Washington, DC. Die wissenschaftlichen Operationen werden im Spitzer Science Center in Caltech, ebenfalls in Pasadena, durchgeführt. JPL ist ein Geschäftsbereich von Caltech.
Originalquelle: UC Berkeley Pressemitteilung
