VLT lost stoffig raadsel op

Het is een team van astronomen gelukt om de vorming van stof in de nasleep van een supernova-explosie realtime te volgen. Voor het eerst hebben zij aangetoond dat de korreltjes van deze kosmische stoffabrieken in twee stadia worden geproduceerd – kort na de explosie, maar ook in de jaren daarna. De astronomen gebruikten ESO's Very Large Telescope (VLT) in het noorden van Chili om het licht van de geleidelijk uitdovende supernova SN2010jl te analyseren. De nieuwe resultaten worden op 9 juli 2014 online gepubliceerd in het tijdschrift Nature.

De oorsprong van kosmisch stof in sterrenstelsels is nog steeds een mysterie. Astronomen weten dat supernova's wellicht de belangrijkste bron van stof zijn – vooral in het vroege heelal. Maar het is nog onduidelijk hoe en waar de stofdeeltjes zijn gecondenseerd en gegroeid. Ook is onduidelijk hoe ze de wrede omstandigheden in stervormende sterrenstelsels hebben kunnen doorstaan. Dankzij waarnemingen met de VLT van de ESO-sterrenwacht op Paranal, in het noorden van Chili, is nu voor het eerst een tipje van de sluier opgelicht.

Een internationaal team heeft de X-shooter spectrograaf gebruikt om een supernova – bekend als SN2010jl – in de maanden na de explosie negen keer en 2,5 jaar na de explosie nog een tiende keer waar te nemen, zowel op zichtbare als nabij-infrarode golflengten. Deze ongewoon heldere supernova – de ontploffing van een zware ster – vond plaats in het kleine sterrenstelsel UGC 5189A.

'Door de gegevens van de negen vroege waarnemingsreeksen met elkaar te combineren, waren we in staat om de eerste directe metingen te doen van hoe het stof rond een supernova de verschillende kleuren licht absorbeert,' zegt hoofdauteur Christa Gall van de Aarhus Universiteit in Denemarken. 'Hierdoor kwamen we meer te weten over het stof dan ooit tevoren.'

Het team heeft ontdekt dat de stofvorming kort na de explosie begint en lang doorgaat. De nieuwe metingen laten ook zien hoe groot de stofdeeltjes zijn en waar ze uit bestaan. Deze ontdekkingen gaan verder dan recente resultaten verkregen met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA), die als eerste ontdekte dat de restanten van de befaamde recente supernova 1987A (SN 1987A; eso1401) boordevol pas gevormd stof zitten.

Gebleken is dat zich in het dichte materiaal rond de ster heel snel stofdeeltjes van meer dan een duizendste millimeter hebben gevormd. Naar menselijke maatstaven is dat heel klein, maar voor kosmisch stof verrassend groot. Een van de belangrijkste onbeantwoorde vragen van het ALMA-artikel was hoe stofdeeltjes de verwoestende omstandigheden in het restant van een supernova kunnen overleven. Dat weten we nu: hun grote omvang maakt de deeltjes bestand tegen invloeden van buitenaf.

'Onze detectie van grote deeltjes kort na de supernova-explosie betekent dat er een snelle en efficiënte manier moet zijn om deze produceren,' zegt mede-auteur Jens Hjorth van het Niels Bohr Instituut van de Universiteit van Kopenhagen, Denemarken. 'We weten werkelijk niet precies hoe dit gebeurt.'

Maar de astronomen denken wel te weten wáár het nieuwe stof moet zijn ontstaan: in het materiaal dat de ster de ruimte in blies vóórdat hij explodeerde. Terwijl de schokgolf van de supernova zich naar buiten toe uitbreidde, veroorzaakte hij een koele, dichte schil van gas – precies het soort omgeving waar stofdeeltjes kunnen ontstaan en groeien.

De resultaten van de waarnemingen wijzen erop dat in een tweede stadium – enkele honderden dagen later – een versneld stofvormingsproces optreedt waar het door de supernova uitgestoten materiaal bij betrokken is. Als de stofproductie in SN2010jl in het huidige tempo doorgaat, zal 25 jaar na de explosie ongeveer een halve zonsmassa aan stof zijn geproduceerd, vergelijkbaar met de hoeveelheid stof die bij supernova's zoals SN 1987A is waargenomen.

'Astronomen hadden al geconstateerd dat de restanten van supernova-explosies veel stof bevatten. Maar de hoeveelheden stof die daadwerkelijk bij de explosies waren gevormd leken gering te zijn. Deze opmerkelijke nieuwe waarnemingen verklaren hoe deze schijnbare tegenstrijdigheid kan worden opgelost,' besluit Christa Gall.