Klärung des Rätsels, woher Weltraumstaub kommt
Im Universum ist es ziemlich staubig. „Die winzigen Partikel festen Materials, die im Weltraum herumschweben und die wir als kosmischen Staub bezeichnen, sind in Galaxien im ganzen Universum zu finden, auch in unserer Milchstraße“, erklärt Mike Barlow, Professor am University College London. Weltraumstaub unterscheidet sich von dem Staub auf unseren Regalen und Kaminsimsen und ähnelt stärker Rauch, der Partikel enthält, die unterschiedlich groß sein können – von nur ein paar Molekülen bis hin zu ganzen Körnern. Letztere können bis zu 0,01 mm groß sein und sind für Barlow von besonderem Interesse, da ihre Oberfläche als eine Art Startrampe für interstellare Entwicklung dient. „Kosmischer Staub ist die Quelle des festen Materials, das während des Prozesses der Sternentstehung in Planeten wie auch in die Lebensformen, die auf diesen Planeten zu finden sind, eingebaut wird“, sagt Barlow. „So, wie der Ursprung von Elementen für die Gesellschaft relevant ist, so ist es auch der Ursprung des Staubs des Universums, aus dem Leben geformt wird.“ Genau diesen Aspekt des Ursprungs konnten in der Astronomie nicht geklärt werden. „Wir haben ziemlich fundierte Erkenntnisse hinsichtlich der Rolle, die Weltraumstaub spielt, wissen aber wirklich nicht, woher er kommt“, ergänzt Barlow. Mit der Unterstützung des EU-finanzierten Projekts SNDUST könnte sich dies bald ändern. „Wir vermuteten, dass Supernovae die Hauptquelle kosmischen Staubs sind“, so Barlow. „Um dies herauszufinden, schauten wir uns an, ob Kernkollaps-Supernovae, die von massereichen Sternen produziert werden, tatsächlich die Hauptquellen des in Galaxien gefundenen interstellaren Staubs sind.“
Wie lässt sich Weltraumstaub messen?
Im Rahmen dieses vom Europäischen Forschungsrat unterstützten Projekts stellten Forschende die Hypothese auf, dass alle Kernkollaps-Supernovae mindestens 0,1 Sonnenmassen neuen Staubs produzieren müssen, um tatsächlich die hauptsächliche Quelle von Weltraumstaub zu sein. Aber wie lässt sich Weltraumstaub messen? Mit einem sehr großen Teleskop ist dies schließlich möglich. „Mit dem Gemini-Teleskop mit einem Durchmesser von 8 Metern und dem Very Large Telescope der Europäischen Südsternwarte konnte mein Team 31 Supernovae in verschiedenen Phasen nach der Explosion beobachten“, sagt Barlow. Ausgehend von diesen Beobachtungen fand das Projektteam, das genauso viele männliche wie weibliche Forschende umfasste, heraus, dass Staubmassen von Kernkollaps-Supernovae über eine Zeitspanne von 30 Jahren kontinuierlich zunehmen. Bei dieser Zunahme absorbieren sie schwerere Elemente, wobei bei einer Staubmasse von 0,42 Sonnenmassen pro Supernova eine Sättigung erreicht ist. In anderen Worten: Bei jeder Supernova entstehen tatsächlich 140 000 Erdmassen Staub! „Diese riesige Masse impliziert, dass Kernkollaps-Supernovae wahrscheinlich die hauptsächliche Quelle von Staub im frühen Universum waren und die wichtigste stellare Quelle von Staub in unserem lokalen Universum heute sein könnten“, so Barlow.
Nicht der gesamte Weltraumstaub bleibt
Dies setzt natürlich voraus, dass der gesamte entstehende Staub erhalten bleibt, was jedoch nicht der Fall ist. Kollisionen mit anderem Staub und eine Reihe weiterer Faktoren führen dazu, dass eine bestimmte Menge des Weltraumstaubs, der bei einer Kernkollaps-Supernova entsteht, zerstört wird. Tatsächlich geht man davon aus, dass nur 30-40 % der Staubkörner die Durchquerung der umgekehrten Schockwelle eines Supernova-Überrestes wie Cassiopeia A überleben. „Unsere Untersuchung hat gezeigt, dass Kollisionen zwischen Körnern und Zerstäubung synergetische Staubzerstörungsprozesse sind und dass diese Kollisionen bei der Feststellung der in Supernova-Überresten fortbestehenden Staubmenge eine entscheidende Rolle spielen können“, ergänzt Barlow. Mehrere der Forschenden des Projekts einschließlich Barlow führen nun ihre Supernova-Forschung als Teil verschiedener Programme des James-Webb-Weltraumteleskops weiter.
Schlüsselbegriffe
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