Het heelal stroomt over van kosmisch stof. Planeten vormen zich in wervelende stofwolken rond een jonge ster; Stofstroken verbergen verder weg gelegen sterren in de Melkweg boven ons; En moleculaire waterstof vormt zich op de stofkorrels in de interstellaire ruimte.
Zelfs het roet van een kaars lijkt erg op kosmisch koolstofstof. Beide bestaan uit silicaat- en amorfe koolstofkorrels, hoewel de groottekorrels in het roet 10 of meer keer groter zijn dan de typische korrelgroottes in de ruimte.
Maar waar komt het kosmische stof vandaan?
Een groep astronomen heeft kunnen volgen hoe kosmisch stof is ontstaan in de nasleep van een supernova-explosie. Het nieuwe onderzoek toont niet alleen aan dat stofdeeltjes ontstaan bij deze enorme explosies, maar dat ze ook de daaropvolgende schokgolven kunnen overleven.
Sterren halen hun energie aanvankelijk door diep in hun kernen waterstof tot helium te smelten. Maar uiteindelijk raakt een ster zonder brandstof. Na een beetje rommelige fysica begint de samengetrokken kern van de ster helium in koolstof te smelten, terwijl een schaal boven de kern waterstof blijft versmelten tot helium.
Het patroon zet zich voort voor middelzware tot zware sterren, waardoor lagen van verschillende nucleaire verbranding rond de kern van de ster ontstaan. Dus de cyclus van geboorte en dood van sterren heeft gestaag meer zware elementen geproduceerd en verspreid door de kosmische geschiedenis, en de stoffen verschaft die nodig zijn voor kosmisch stof.
"Het probleem was dat, hoewel stofkorrels bestaande uit zware elementen in supernovae zouden ontstaan, de supernova-explosie zo gewelddadig is dat de stofkorrels mogelijk niet overleven", zegt coauteur Jens Hjorth, hoofd van het Dark Cosmology Centre in Niels Bohr Instituut in een persbericht. "Maar er bestaan kosmische korrels van aanzienlijke omvang, dus het mysterie is hoe ze zijn gevormd en de daaropvolgende schokgolven hebben overleefd."
Het team onder leiding van Christa Gall gebruikte ESO's Very Large Telescope bij de Paranal-sterrenwacht in het noorden van Chili om een supernova, SN2010jl genaamd, negen keer te observeren in de maanden na de explosie en voor de tiende keer 2,5 jaar na de explosie. Ze observeerden de supernova in zowel zichtbare als nabij-infrarode golflengten.
SN2010jl was 10 keer helderder dan de gemiddelde supernova, waardoor de exploderende ster 40 keer de massa van de zon was.
"Door de gegevens van de negen vroege sets waarnemingen te combineren, konden we de eerste directe metingen doen van hoe het stof rond een supernova de verschillende lichtkleuren absorbeert", zegt hoofdauteur Christa Gall van de universiteit van Aarhus. 'Hierdoor konden we meer over het stof te weten komen dan voorheen mogelijk was.'
De resultaten geven aan dat de stofvorming kort na de explosie begint en gedurende een lange periode aanhoudt.
Het stof vormt zich aanvankelijk in materiaal dat de ster in de ruimte heeft uitgestoten, zelfs voordat hij explodeerde. Dan volgt een tweede golf van stofvorming, waarbij uitgeworpen materiaal uit de supernova betrokken is. Hier zijn de stofkorrels enorm - een duizendste van een millimeter in diameter - waardoor ze bestand zijn tegen eventuele volgende schokgolven.
'Als de ster explodeert, raakt de schokgolf als een bakstenen muur de dichte gaswolk. Het is allemaal in gasvorm en ongelooflijk heet, maar wanneer de uitbarsting de ‘muur’ raakt, wordt het gas samengedrukt en koelt het af tot ongeveer 2000 graden, 'zei Gall. “Bij deze temperatuur en dichtheid kunnen elementen kiemen en vaste deeltjes vormen. We maten stofkorrels zo groot als ongeveer één micron (een duizendste van een millimeter), wat groot is voor kosmische stofkorrels. Ze zijn zo groot dat ze hun verdere reis naar de Melkweg kunnen overleven. '
Als de stofproductie in SN2010jl de waargenomen trend blijft volgen, zal 25 jaar na de supernova-explosie de totale stofmassa de helft van de massa van de zon hebben.
De resultaten zijn gepubliceerd in Nature en kunnen hier worden gedownload. Het persbericht van het Niels Bohr Institute en het persbericht van ESO zijn ook beschikbaar.
