Frappante nieuwe waarnemingen met de Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) telescoop laten voor het eerst zien dat het restant van een recente supernova boordevol pas gevormd stof zit. Als genoeg van dit stof de hachelijke oversteek naar de interstellaire ruimte weet te maken, kan dit verklaren waarom veel sterrenstelsels zo’n stoffig, duister uiterlijk hebben.
Sterrenstelsels kunnen opmerkelijk stofrijke oorden zijn. Vermoed wordt dat veel van dat stof afkomstig is van supernova-explosies, vooral in de begintijd van het heelal. Maar tot nu toe was er weinig direct bewijs dat supernova’s veel stof produceren. Waarnemingen met de ALMA-telescoop hebben daar nu verandering in gebracht.
"We hebben een opmerkelijk grote stofconcentratie ontdekt in het centrale deel van het materiaal dat door een relatief jonge en nabije supernova is uitgestoten", zegt Remy Indebetouw, astronoom bij het National Radio Astronomy Observatory (NRAO) en de universiteit van Virginia, beide in Charlottesville (VS). "Dit is de eerste keer dat we hebben kunnen vaststellen waar het stof is gevormd, wat belangrijk is voor het begrijpen van de evolutie van sterrenstelsels."
Een internationaal team van astronomen heeft ALMA gebruikt om de gloeiende restanten van de supernova 1987A te onderzoeken. Deze bevinden zich in de Grote Magelhaense Wolk, een klein sterrenstelsel op 160.000 lichtjaar van de aarde. SN 1987A is de meest nabije supernova-explosie sinds Johannes Kepler in 1604 een supernova binnen onze eigen Melkweg waarnam.
Astronomen hadden voorspeld dat in het gas dat na de explosie afkoelt grote hoeveelheden stof zouden ontstaan, doordat er in de koude centrale gebieden van het restant verbindingen ontstaan van atomen van zuurstof, koolstof en silicium. Maar bij eerdere waarnemingen van SN 1987A, die tijdens de eerste vijfhonderd dagen na de explosie met infraroodtelescoop zijn gedaan, werden slechts kleine hoeveelheden warm stof gedetecteerd.
Dankzij ALMA’s ongekende beeldscherpte en gevoeligheid heeft het onderzoeksteam nu de veel grotere hoeveelheid koel stof kunnen vastleggen die helder straalt op millimeter- en submillimetergolflengten. De astronomen schatten dat het restant van de supernova nu ongeveer een kwart zonsmassa aan pas gevormd stof bevat. Ze hebben ook ontdekt dat er aanzienlijke hoeveelheden koolstofmonoxide en siliciummonoxide zijn gevormd.
"SN 1987A is bijzonder omdat hij zich nog niet heeft vermengd met zijn omgeving: wat we daar tegenkomen is dus ter plekke gemaakt", zegt Indebetouw. "De nieuwe ALMA-resultaten, die de eerste zijn in hun soort, tonen een supernovarestant tjokvol materiaal dat een paar decennia geleden nog niet bestond."
Maar supernova’s produceren niet alleen stofdeeltjes, ze vernietigen deze ook.
Terwijl de schokgolf van de supernova-explosie in alle richtingen uitdijde, veroorzaakte deze de helder oplichtende ringen van materiaal, zoals die op eerdere beelden van de Hubble-ruimtetelescoop van NASA en ESA te zien zijn. Nadat de schokgolf op dit omhulsel van gas, dat de oorspronkelijke ster kort voor zijn explosieve einde heeft uitgestoten, was gestuit, werd een deel van de krachtige explosie teruggekaatst naar het centrum van het restant. "Op een gegeven ogenblik zal de teruggekaatste schokgolf tegen deze golvende massa’s pas gevormd stof beuken", zegt Indebetouw. "Waarschijnlijk zal dan een deel van het stof afgebroken worden. Maar hoeveel precies laat zich moeilijk voorspellen – misschien slechts een beetje, misschien de helft of twee derde." Als een flink deel ervan overblijft en de interstellaire ruimte weet te bereiken, kan dit de verklaring zijn voor de overvloedige hoeveelheden stof die astronomen in het vroege heelal waarnemen.
"Heel jonge sterrenstelsels zijn enorm stofrijk en dit stof speelt een belangrijke rol bij hun evolutie", zegt Mikaki Matsuura van University College London (VK). "We weten dat stof onder de huidige omstandigheden op verschillende manieren kan ontstaan, maar in het jonge heelal moet het grotendeels van supernova’s afkomstig zijn geweest. En nu hebben we eindelijk direct bewijs dat die theorie ondersteunt."