Grupie astronomów udało się prześledzić powstawanie pyłu w czasie rzeczywistym – w następstwie wybuchu supernowej. Po raz pierwszy naukowcy pokazali, że fabryki kosmicznego pyłu tworzą ziarna w dwuetapowym procesie, rozpoczynającym się krótko po eksplozji i przebiegającym przez kolejne lata. Zespół wykorzystał należący do ESO teleskop VLT w północnym Chile, aby przeanalizować światło od supernowej SN2010jl gdy powoli słabł jej blask. Najnowsze wyniki zostały opublikowane 9 lipca 2014 r. w internetowej wersji czasopisma Nature.

Pochodzenie kosmicznego pyłu w galaktykach ciągle stanowi zagadkę [1]. Astronomowie wiedzą, że podstawowym źródłem pyłu mogą być supernowe, szczególnie we wczesnym Wszechświecie, ale nadal nie jest jasne w jaki sposób i gdzie gromadzą się i zwiększają swoje rozmiary ziarna pyłu. Nie wiadomo także w jaki sposób unikają zniszczenia w trudnym środowisku galaktyk gwiazdotwórczych. Najnowsze obserwacje z należącego do ESO teleskopu VLT w Obserwatorium Paranal w północnym Chile dają po raz pierwszy wgląd w te tajemnicze procesy.

Międzynarodowy zespół naukowców użył spektrografu X-shooter, aby obserwować supernową znaną jako SN2010jl. Obserwacje prowadzono dziewięć razy w ciągu miesięcy następujących po eksplozji, a dziesiąty raz 2,5 roku po wybuchu. Obserwowano zarówno na falach widzialnych jak i w bliskiej podczerwieni [2]. Ta nietypowo jasna supernowa, będąca efektem śmierci masywnej gwiazdy, eksplodowała w małej galaktyce UGC 5189A.

„Dzięki połączeniu danych z dziewięciu wczesnych okresów obserwacji, byliśmy w stanie dokonać pierwszych bezpośrednich pomiarów sposobu w jaki pył wokół supernowej absorbuje różne barwy światła” – powiedział Christa Gall z Aarhus University w Danii, główny autor publikacji. – „Pozwoliło to nam dowiedzieć się o pyle więcej niż do tej pory”.

ESO

Na zdjęciu widoczna jest nieregularna galaktyka karłowata UGC 5189A, w której wybuchła supernowa SN 2010jl.

Naukowcy odkryli, że powstawanie pyłu rozpoczyna się krótko po wybuchu i trwa przez długi okres czasu. Nowe pomiary pokazały także jaką wielkość mają ziarna pyłu i z czego są zbudowane. Wspomniane odkrycia są krokiem wykraczającym poza niedawne wyniki uzyskane za pomocą Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), która jako pierwsza wykryła pozostałości po niedawnej supernowej z nowo uformowanym pyłem ze słynnej supernowej 1987A (SN 1987A, ALMA dostrzegła supernową fabrykę kurzu„>eso1401).

Zespół ustalił, że ziarna pyłu o średnicach większych niż jedna tysięczna milimetra uformowały się gwałtownie w gęstej materii otaczającej gwiazdę. Mimo że ciągle niewielkie jak na ludzkie standardy, są to wielkie rozmiary dla ziaren kosmicznego pyłu, a ta zaskakująca wielkości czyni je odpornymi na procesy destrukcyjne. Jedną z głównych nierozwiązanych zagadek w publikacji związanej z wynikami ALMA było wyjaśnienie w jaki sposób ziarna mogą przetrwać destrukcyjne otoczenie w pozostałości po supernowej. Teraz znamy wyjaśnienie: ziarna są większe niż się spodziewano.

“Wykrycie przez nas wielkich ziaren tuż po wybuchu supernowej oznacza, że musi istnieć szybki i wydajny sposób ich tworzenia” – mówi współautor Jens Hjorth z Niels Bohr Institute of the University of Copenhagen w Danii. – ”Niestety nie wiemy dokładnie jak to się dzieje”.

Ale astronomowie mają przypuszczenia co do miejsca, w którym powinien powstawać nowy pył: w materii, którą gwiazda wyrzuciła w przestrzeń kosmiczną jeszcze przed eksplozją. Gdy fala uderzeniowa od supernowej oddalała się od miejsca wybuchu, utworzyła chłodny, gęsty kokon gazu – a właśnie w tego rodzaju otoczeniu ziarna pyłu mogą zwiększać swoje rozmiary.

Wyniki obserwacji sugerują, że w drugim etapie – po kilkuset dniach – przyspieszony proces formowania się pyłu obejmował materię wyrzuconą z supernowej. Jeżeli produkcja pyłu w SN2010jl będzie nadal zachowywać obecny trend, to 25 lat po wybuchu łączna masa pyłu będzie wynosić około połowy masy Słońca, a to ilość podobna do masy pyłu obserwowanej w innych supernowych, takich jak SN 1987A.

„Do tej pory astronomowie obserwowali mnóstwo pyłu w pozostałościach po supernowych. Jednocześnie mieli dowody na tworzenie się jedynie niewielkich ilości pyłu w trakcie wybuchu supernowej. Najnowsze obserwacje wyjaśniają jak pogodzić ze sobą te sprzeczności” – podsumowuje Christa Gall.

Uwagi

[1] Kosmiczny pył obejmuje ziarna krzemianowe i z węgla amorficznego – minerały, które występują także na Ziemi. Sadza ze świeczki jest bardzo podobna do węglowych ziaren pyłu, aczkolwiek wielkość ziaren sadzy dziesięciokrotnie lub więcej razy przekracza rozmiar typowego ziarna kosmicznego pyłu.

[2] Światło od supernowej SN 2010jl zostało po raz pierwszy dostrzeżone w 2010 roku, co jest odzwierciedlone w nazwie. Jest to supernowa typu IIn. Supernowe tego typu są wynikiem gwałtownego wybuchu masywnej gwiazd co najmniej osiem razy bardziej masywnej niż Słońce. Podtyp IIn oznacza wąskie linie wodoru w widmie (symbolizuje to litera „n”). Linie te są efektem interakcji pomiędzy materią wyrzuconą przez supernową, a znajdującą się wcześniej wokół gwiazdy.