Slik dannes planetenes byggesteiner

Det har lenge vært et mysterium hvordan kosmisk støv dannes. Nå mener danske forskere at de har funnet svaret.

Kosmisk støv dannes når eksplosjoner fra supernovaer presser gass sammen. (Foto: ESO)
Kosmisk støv dannes når eksplosjoner fra supernovaer presser gass sammen. (Foto: ESO)

Kosmisk støv

Kosmisk støv består av silikater og ukrystallisert karbon.

Planeter blir dannet når kosmisk støv samler seg i klumper omkring stjerner.

Men hvordan kondenserer og vokser de små støvkornene? 

I en ny studie i tidsskriftet Nature viser de danske forskerne at kosmisk støv blir skapt når kjempestjerner eksploderer som supernovaer og sender ut massive sjokkbølger i lag av fortettede gasser.

Etter de voldsomme sjokkbølgene kjøles gassartene ned, slik at partikler kondenserer og danner det kosmiske støvet som med tiden blir til både planeter og deg og meg.

Den ledende forskeren bak studien, postdoktor Christa Gall fra Institutt for fysikk og astronomi ved Aarhus Universitet og Niels Bohr-instituttet ved Københavns Universitet, forteller:

– Studien viser at det kosmiske støvet blir dannet raskt av supernovaene og i veldig store mengder. Det gjør at sjokkbølger fra supernovaen ikke splitter opp partiklene. Spørsmålet om hvordan kosmisk støv dannes har plaget forskere lenge, men nå har vi svaret, sier Gall.

Slik dannes kosmisk støv

Når en kjempestjerne nærmer seg utløpsdatoen sin – det vil si at den har brukt opp drivstoffet sitt og går mot en eksplosjon – blir store mengder materiale slynget ut i verdensrommet.

En del av dette materialet består av gasser som ligger som en kappe rundt den døende stjernen.

På et øyeblikk blir tyngdekreftene i stjernens kjerne for store, og den eksploderer som en supernova. Eksplosjonen sender apokalyptiske sjokkbølger ut i verdensrommet.

Tidligere har forskere ment at disse sjokkbølgene var så kraftige at de ville splitte alt det kosmisk støv fra hverandre, og supernovaene ville dermed ikke være opphav til det kosmiske støvet.

Den danske studien viser imidlertid det motsatte, nemlig at kombinasjonen av en eksplosjon og en kappe av fortettede gasser nettopp er oppskriften på kosmisk støv.

Slik skjer det:

  • Når sjokkbølgen rammer de fortettede gassene, saktner den farten. Det innebærer at gassen blir enda mer fortettet og nedkjølt.
  • Temperaturen blir på et tidspunkt omkring 1700 grader, akkurat passe for at gassene, med den nye tettheten, kan kondensere og danne det kosmiske støvet.
  • Ved høyere eller lavere temperaturer ville ikke det kosmiske støvet bli dannet, men nettopp omkring 1700 grader og med den høye tettheten i gassene er betingelsene perfekte.

– Observasjonene våre viser at det skjer enormt raskt, forteller Christa Gall.

De danske forskerne har studert supernovaen SN 2010jl i 800 dager fra den eksploderte. (Foto: ESO)
De danske forskerne har studert supernovaen SN 2010jl i 800 dager fra den eksploderte. (Foto: ESO)

Rammes av andre sjokkbølge

Faren er imidlertid ikke over for det kosmiske støvet.

Idet sjokkbølgen rammer muren av gass blir den kastet tilbake igjen. Da treffer sjokkbølgen de nydannede støvpartiklene på baksiden av sjokkbølgen.

Argumentet mot teorien om at kosmisk støv kommer fra supernovaer har vært at nettopp denne omvendte sjokkbølgen ville være så kraftig at støvet ville bli slått i stykker igjen.

Den nye studien viser imidlertid at støvpartiklene er så store at de kan overleve den omvendte sjokkbølgen.

– Det er en av de store nyhetene i studien, sier Gall

Observasjonene viser at støvpartiklene er mellom 1 og 5 mikrometer store (en tusendel av en millimeter), noe som er veldig stort for kosmisk støv. Det gjør at støvpartiklene kan overleve både den omvendte sjokkbølgen og andre sjokkbølger de måtte støte på ute i verdensrommet.

Studerte lysfrekvenser

Forskerne bak oppdagelsen studerte en eksploderende kjempestjerne som var 40 ganger så stor som solen og 10 ganger mer lyssterk.

Teamet tok i bruk ESOs Very Large Telescope (VLT) i Chile for å observere supernovaen i 800 dager etter at den eksploderte.

Ved hjelp av et apparat til å måle lysfrekvenser, en såkalt X-shooter, kunne forskerne studere supernovaens lyssignatur fra det ultrafiolette til det infrarøde spektrumet.

Ved å se på endringer i lysspektret kunne forskerne regne ut hva lyset passerte gjennom på reisen til jorden.

– Støv absorberer lys, og ut fra dataene våre kunne vi beregne mengden og sammensetningen av støvet, samt størrelsen på støvkornene, sier Christa Gall.

ESOs Very Large Telescope (VLT) i Chile. (Foto: ESO, Creative Commons)
ESOs Very Large Telescope (VLT) i Chile. (Foto: ESO, Creative Commons)

– Ikke lenger tvil

Direktør for DTU SPACE ved Danmark Tekniske Universitet, Kristian Pedersen, har ikke deltatt i den nye studien, men kjenner til den.

– Det kan ikke lenger være tvil om at supernovaer bidrar betydelig til den samlede mengden kosmisk støv i galaksene, sier Pedersen.

Han forteller at resultatet også kan brukes i praksis når forskere skal studere fjerne galakser. Disse galaksene må ha hatt mange supernovaer som har produsert store mengder støv. Når lyset fra de fjerne galaksene rammer jorden vil de ha passert gjennom mye av dette støvet, som har endret på frekvensen i lyset.

– Derfor blir lyset mer rødt enn det ellers ville ha vært. Det må man ta høyde for når man observerer disse fjerne galaksene, sier Pedersen.

© Videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygaard for forskning.no.

Powered by Labrador CMS