Staubige Sternexplosionen

Die Entdeckung großer Mengen an Staub in Galaxien im jungen Kosmos hat im Laufe des letzten Jahr­zehnts die früheren Vor­stel­lungen der Astro­nomen vom Ursprung der Staub­partikel auf den Prüf­stand gestellt. Das geringe Alter dieser Galaxien von weniger als hundert Millionen Jahren wird von den meisten Astro­physikern als Indiz dafür ange­sehen, dass vor allem sich schnell ent­wickelnde Super­novae des Typs II den Staub pro­du­zieren. Tat­säch­lich zeigen theo­re­tische Analysen, dass nach einer solchen Stern­explo­sion bis zu einer Sonnen­masse an Staub im Super­nova-Über­rest konden­sieren kann.

Doch diese Vorhersage ließ sich bislang nicht anhand von Beob­ach­tungen über­prüfen. So beein­träch­tigt der bereits vor der Stern­explo­sion im inter­stel­laren Medium vor­handene Staub eine genaue Messung der Staub­pro­duk­tion. Aktuelle Messungen mit dem Welt­raum­tele­skop Herschel und dem Atacama Large Milli­meter/Sub­milli­meter Array lieferten zwar Werte von bis zu einer halben Sonnen­masse an Staub bei ein­zelnen Super­novae, in vielen Fällen aber auch erheb­lich gerin­gere Werte – und das würde bei Weitem nicht aus­reichen, um den Staub­anteil in jungen Galaxien zu erklären.

Nan Liu und ihre Kollegen von der Carnegie Institution for Science in Washington beschritten jetzt einen indirekten Weg, um der Staub­pro­duk­tion von Super­novae auf die Spur zu kommen. Stern­explo­sionen in der Umge­bung reicherten die Materie der Gas­wolke, aus der vor 4,5 Milli­arden unser Sonnen­system ent­standen ist, mit charak­teris­tischen Staub­partikeln an – die sich beispiels­weise ein­ge­bettet in Meteo­riten auf­spüren lassen. Ver­suche, mit­hilfe dieser Staub­partikel die Staub­ent­stehung von Super­novae zu unter­suchen, gab es bereits einige – aller­dings mit wider­sprüch­lichen Ergeb­nissen.

Die Kunst sei, so Liu und ihre Kollegen, in den Staub­partikeln Iso­tope auf­zu­spüren und zu analy­sieren, deren Ver­hält­nisse nahezu unab­hängig von anderen Pro­zessen im Ver­lauf der Ent­wick­lung des Sonnen­systems sind. Die Forscher ver­wen­deten Vanadium und Titan, denn beide Elemente konden­sieren leicht auf Silizium­karbid, aus dem ein bis zwei Prozent des prä­solaren Staubs bestehen. Das Team unter­suchte 16 Silizium­karbid-Staub­körner aus Meteo­riten und fand eine deut­liche Korre­la­tion zwischen den Häufig­keiten der Iso­tope Silizium-28 und Titan-49.

Diese Korrelation lässt sich durch den radio­aktiven Zerfall von Vanadium-49 in Titan-49 erklären – jedoch nur dann, wenn der Löwen­anteil des Vanadiums bereits bei der Bildung der Staub­körner zer­fallen war. Da die Halb­werts­zeit dieses Zerfalls­pro­zesses 330 Tage beträgt, müsse die Staub­pro­duk­tion mehrere Jahre lang andauern, folgern Liu und ihre Kollegen. So können Super­novae also tat­säch­lich für die großen Mengen an Staub ver­ant­wort­lich sein, die bereits in jungen Galaxien vor­handen sind. Und auch die mit Herschel und ALMA gemes­senen geringen Staub­mengen finden so eine Erklä­rung: Die Messungen erfolgten relativ früh nach den Stern­explo­sionen, zu einer Zeit also, als erst ein kleiner Teil des Staubs ent­standen war.

Rainer Kayser

RK