VLT wyjaśnił pyłową tajemnicę

Artystyczna wizja formowania się pyłu wokół miejsca wybuchu supernowej.
ESO/M. Kornmesser

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.”

Naukowcy odkryli, że powstawanie pyłu rozpoczyna się krótko po wybuchu i trwa przez długi okres czasu. Nowe pomiary pokazały także jaką wielkość mają ziarna pyły 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, 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 oddalał 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.

Więcej informacji

Wyniki badań zaprezentowano w artykule pt. “Rapid formation of large dust grains in the luminous supernova SN 2010jl”, C. Gall et al., który 9 lipca 2014 r. ukaże się w internetowej wersji czasopisma Nature.

Skład zespołu badawczego: Christa Gall (Department of Physics and Astronomy, Aarhus University, Dania; Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dania; Observational Cosmology Lab, NASA Goddard Space Flight Center, USA), Jens Hjorth (Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dania), Darach Watson (Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dania), Eli Dwek (Observational Cosmology Lab, NASA Goddard Space Flight Center, USA), Justyn R. Maund (Astrophysics Research Centre School of Mathematics and Physics Queen’s University Belfast, Wielka Brytania; Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Denmark; Department of Physics and Astronomy, University of Sheffield, Wielka Brytania), Ori Fox (Department of Astronomy, University of California, Berkeley, USA), Giorgos Leloudas (The Oskar Klein Centre, Department of Physics, Stockholm University, Szwecja; Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dania), Daniele Malesani (Dark Cosmology Centre, Niels Bohr Institute, University of Copenhagen, Dania) oraz Avril C. Day-Jones (Departamento de Astronomia, Universidad de Chile, Chile).

Źródło: ESO | Tłumaczenie: Krzysztof Czart

Liczba odsłon: 1579