Stoffig supernovarestant. Klik om te vergroten
Een supernovarest in de Kleine Magelhaense Wolk is slechts 1000 jaar oud; waardoor het een van de jongste ooit is ontdekt. De huidige theorieën over supernova's voorspellen dat het 100 keer het stof moet hebben dat astronomen kunnen detecteren. Het is mogelijk dat de supernova-schokgolven stofvorming hebben voorkomen, of dat grote hoeveelheden kouder stof gewoon niet zijn gezien door infraroodinstrumenten.
Een van de jongste supernova-overblijfselen die we kennen, een gloeiende rode stofbal veroorzaakt door de explosie van 1000 jaar geleden van een superzware ster in een nabijgelegen sterrenstelsel, de Kleine Magelhaense Wolk, vertoont hetzelfde probleem als exploderende sterren in ons eigen sterrenstelsel: te weinig stof .
Recente metingen van de Universiteit van Californië, Berkeley, astronomen die infraroodcamera's aan boord van NASA's Spitzer Space Telescope gebruiken, tonen hoogstens een honderdste van de hoeveelheid stof die wordt voorspeld door de huidige theorieën van supernova's met ineenstorting van de kern, nauwelijks de massa van de planeten in het zonnestelsel .
De discrepantie vormt een uitdaging voor wetenschappers die proberen de oorsprong van sterren in het vroege heelal te begrijpen, omdat wordt aangenomen dat stof dat voornamelijk wordt geproduceerd door exploderende sterren de vorming van nieuwe generatie sterren zaait. Terwijl overblijfselen van superzware exploderende sterren in het Melkwegstelsel ook minder stof vertonen dan voorspeld, hadden astronomen gehoopt dat supernova's in de minder geëvolueerde Kleine Magelhaense Wolk meer zouden overeenstemmen met hun modellen.
"Het meeste van het vorige werk was alleen gericht op ons sterrenstelsel omdat we niet voldoende resolutie hadden om verder weg te kijken naar andere sterrenstelsels", zegt astrofysicus Snezana Stanimirovic, onderzoeksmedewerker bij UC Berkeley. “Maar met Spitzer kunnen we waarnemingen met een zeer hoge resolutie doen van de Kleine Magelhaense Wolk, die 200.000 lichtjaar verwijderd is. Omdat supernova's in de Kleine Magelhaense Wolk soortgelijke omstandigheden ervaren als we verwachten voor vroege sterrenstelsels, is dit een unieke test van stofvorming in het vroege heelal. ”
Stanimirovic rapporteert haar bevindingen vandaag in een presentatie en persbriefing (dinsdag 6 juni) tijdens een bijeenkomst van de American Astronomical Society in Calgary, Alberta, Canada.
Stanimirovic speculeert dat de discrepantie tussen theorie en waarnemingen het gevolg kan zijn van iets dat de efficiëntie beïnvloedt waarmee zware elementen in stof condenseren, van een veel hogere stofvernietiging in energetische supernova-schokgolven, of omdat astronomen een zeer grote hoeveelheid veel kouder missen stof dat kan worden verborgen voor infraroodcamera's.
Deze bevinding suggereert ook dat alternatieve stofvormingslocaties, in het bijzonder de krachtige winden van massieve sterren, een belangrijkere bijdrage kunnen leveren aan de stofpoel in oerstelsels dan supernovae.
Massieve sterren - dat wil zeggen sterren die 10 tot 40 keer groter zijn dan onze zon - zouden hun leven beëindigen met een enorme instorting van hun kernen die de buitenste lagen van de sterren wegblaast, waarbij zware elementen zoals silicium, koolstof en ijzer in uitdijende bolvormige wolken. Aangenomen wordt dat dit stof de bron van materiaal is voor de vorming van een nieuwe generatie sterren met zwaardere elementen, zogenaamde "metalen", naast het veel overvloediger aanwezige waterstof- en heliumgas.
Stanimirovic en collega's van UC Berkeley, Harvard University, het California Institute of Technology (Caltech), Boston University en verschillende internationale instituten vormen een samenwerking genaamd de Spitzer Survey of the Small Magellanic Cloud (S3MC). De groep maakt gebruik van de ongekende resolutie van de Spitzer-telescoop om interacties in de melkweg tussen massieve sterren, moleculaire stofwolken en hun omgeving te bestuderen.
Volgens Alberto Bolatto, een onderzoeksmedewerker bij UC Berkeley en hoofdonderzoeker van het S3MC-project, "is de Kleine Magelhaense Wolk als een laboratorium voor het testen van stofvorming in sterrenstelsels met omstandigheden die veel dichter bij die van sterrenstelsels in het vroege heelal liggen."
"De meeste straling die door supernovaresten wordt geproduceerd, wordt uitgezonden in het infrarode deel van het spectrum", zegt Bryan Gaensler van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics in Cambridge, Massachusetts. "Met Spitzer kunnen we eindelijk zien hoe deze objecten er echt uitzien . '
Genaamd een dwerg onregelmatig sterrenstelsel, de Kleine Magelhaense Wolk en zijn metgezel, de Grote Magelhaense Wolk, draaien om de veel grotere Melkweg. Alle drie zijn ze ongeveer 13 miljard jaar oud. Eeuwenlang heeft de Melkweg deze satellietstelsels geduwd en getrokken, waardoor interne turbulentie is ontstaan die waarschijnlijk verantwoordelijk is voor de tragere snelheid van stervorming, en dus voor de vertraagde evolutie waardoor de Kleine Magelhaense Wolk eruit ziet als veel jongere sterrenstelsels die verder weg worden gezien.
'Dit sterrenstelsel heeft echt een wild verleden gehad', zei Stanimirovic. Hierdoor zijn 'het stofgehalte en de overvloed aan zware elementen in de Kleine Magelhaense Wolk echter veel lager dan in ons melkwegstelsel', zei ze, 'terwijl het interstellaire stralingsveld van sterren intenser is dan in het Melkwegstelsel . Al deze elementen waren aanwezig in het vroege universum. '
Dankzij 50 uur observatie met Spitzer's Infrared Array Camera (IRAC) en Multiband Imaging Photometer (MIPS), heeft het S3MC-onderzoeksteam in 2005 het centrale deel van de melkweg in beeld gebracht. In een deel van dat beeld zag Stanimirovic een rode bolvormige bel die ontdekte ze precies overeen met een krachtige röntgenbron die eerder was waargenomen door NASA's Chandra X-ray Observatory-satelliet. De bal bleek een supernovarest, 1E0102.2-7219, de afgelopen jaren veel bestudeerd in de optische, röntgen- en radiobanden, maar nog nooit eerder gezien in het infrarood.
Infraroodstraling wordt uitgezonden door warme objecten, en in feite gaf straling van het supernovarest, zichtbaar in slechts één golflengteband, aan dat de 1000 jaar oude stofbel bijna uniform 120 Kelvin was, wat overeenkomt met 244 graden Fahrenheit onder nul. E0102, een van de jongste derde van alle bekende supernovaresten, was waarschijnlijk het gevolg van de explosie van een ster die twintig keer zo groot was als de zon, en het puin is sindsdien met ongeveer 1.000 kilometer per seconde (2 miljoen mijl per uur) uitgegroeid.
De infraroodgegevens boden de mogelijkheid om te zien of eerdere generaties van sterren - sterren met een laag gehalte aan zware metalen - beter overeenkomen met de huidige theorieën over stofvorming in exploderende superzware sterren. Helaas was de hoeveelheid stof - bijna een duizendste van de massa van de zon - minstens 100 keer minder dan voorspeld, vergelijkbaar met de situatie met het bekende supernovarestant Cassiopeia A in de Melkweg.
Het S3MC-team plant toekomstige spectroscopische waarnemingen met de Spitzer-telescoop die informatie zal verschaffen over de chemische samenstelling van stofdeeltjes gevormd bij supernova-explosies.
Het werk werd gesponsord door de National Aeronautics and Space Administration en de National Science Foundation.
NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, beheert de Spitzer Space Telescope-missie voor NASA's Directoraat Wetenschapsmissie, gevestigd in Washington, D.C. De wetenschappelijke operaties worden uitgevoerd in het Spitzer Science Center in Caltech, ook in Pasadena. JPL is een divisie van Caltech.
Oorspronkelijke bron: UC Berkeley News Release
