Explodierende Sterne als Staubfabriken

Schon Galaxien im jungen Universum enthalten große Mengen an Staub. Wo kommt dieser Staub so früh in der kosmischen Geschichte her? Unter Astrophysikern gelten Supernovae als die Hauptverdächtigen: Ihre Vorgängersterne besitzen eine vergleichsweise kurze Lebensdauer und die bei der Explosion ins All ausgestoßene Materie ist stark mit schweren Elementen angereichert, enthält also die notwendigen Zutaten für die Entstehung von Staub. Doch die energiereichen Sternexplosionen und die von ihnen ausgelösten Stoßwellen können andererseits sehr effektiv Staub zerstören. Die Bilanz hängt dabei von der Energie der Explosion und von der Dichte des umgebenden interstellaren Mediums ab. Neuere Untersuchungen deuteten sogar auf die Möglichkeit hin, dass Supernovae netto mehr Staub zerstören als produzieren. Besonders zerstörerisch ist dabei die nach innen laufende Stoßwelle, die vom Zusammenprall des bei der Explosion ausgestoßenen Materials auf das interstellare Medium ausgelöst wird.

Zu einem anderen Ergebnis kommen nun jedoch Ryan Lau von der US-amerikanischen Cornell University und seine Kollegen. Die Forscher haben den Supernova-Überrest Sgr A East im galaktischen Zentrum mit dem fliegenden Infrarot-Observatorium SOFIA beobachtet. Sgr A East ist – von der Erde aus gesehen – etwa 10.000 Jahre alt. Die SOFIA-Messungen zeigen im Zentrum des Überrests 0,02 Sonnenmassen an warmem Staub mit einer Temperatur von 100 Kelvin. Der Staub expandiert in ein relativ dichtes interstellares Medium hinein und hat bereits die Passage der nach innen laufenden Stoßwelle überstanden.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass der nach einer Supernova-Explosion kondensierte Staub in einer dichten Umgebung tatsächlich die einwärts laufende Stoßwelle überstehen und in das interstellare Medium vordringen kann“, schreiben Lau und seine Kollegen. Doch wie groß ist der Anteil des ursprünglich produzierten Staubs, der am Ende übrig bleibt? Theoretische Modelle der Staubproduktion sagen für einen Vorgängerstern mit 13 bis 20 Sonnenmassen die Entstehung von 0,3 Sonnenmassen an Staub voraus. Demnach hätten bei Sgr A East nur sieben Prozent des Staubs die extremen physikalischen Bedingungen nach der Explosion überstanden.

Lau und seine Kollegen weisen jedoch auf die großen Unsicherheiten solcher Modelle hin, da insbesondere die Mikrophysik der Staubentstehung kaum verstanden sei. Infrarotbeobachtungen junger Supernovae zeigen denn auch, dass die entstehenden Mengen an Staub mit maximal einem Zehntel Sonnenmasse signifikant geringer sind, als es die Modelle vorhersagen. Ausgehend von diesem Wert kommt das Team dann auf einen Wert von 20 Prozent für den Anteil des Staubs, der die Stoßwellen übersteht und in das interstellare Medium injiziert wird. „Supernovae können demnach tatsächlich“, so schließen die Forscher, „der dominante Mechanismus für die Produktion von Staub in den dichten Umgebungen der Galaxien im jungen Kosmos sein.“

Rainer Kayser

RK