Webb ortet Staubreservoire in zwei Supernovae

Originalveröffentlichung am 05.07.2023 zu finden unter: https://webbtelescope.org/news/news-releases

Zusammenfassung: Das Ergebnis legt nahe, daß Supernovae wahrscheinlich Staub in frühe, junge Galaxien ein-tragen

Supernovae, die explosiven Todesfälle von Sternen, gehören zu den größten Energie- und Lichtausbrüchen im Universum. Wenn sie ausbrechen, kann eine Supernova sogar heller leuchten als eine ganze Galaxie.

Nicht umsonst trägt NGC 6946, die 22 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt ist, den Spitznamen Feuerwerksgalaxie. Im vergangenen Jahrhundert wurden fast ein Dutzend Supernovae beobachtet, die in den Armen dieser Galaxie auf-blitzten.

Dazu gehören die Supernova 2004et und die Supernova 2017eaw, die Forscher nun mit MIRI (Mid-Infrared Instrument) des James-Webb-Weltraumteleskops untersuchen. Ihre Ergebnisse waren überraschend – MIRI entdeckte große Mengen an Staub in der Auswurfmasse jedes dieser Objekte. Die von den Forschern gefundene Masse unterstützt die Theorie, daß Supernovae eine Schlüsselrolle bei der Versorgung des frühen Universums mit Staub spielten.

Forscher, die mit dem James-Webb-Weltraumteleskop der NASA arbeiten, haben große Fortschritte bei der Bestätigung der Quelle von Staub in frühen Galaxien gemacht. Bei der Beobachtung von zwei Supernovae des Typs II, der Supernova 2004et (SN 2004et) und der Supernova 2017eaw (SN 2017eaw), wurden große Mengen an Staub in den Auswürfen dieser Objekte entdeckt. Die von den Forschern gefundene Masse unterstützt die Theorie, daß Supernovae eine Schlüsselrolle bei der Versorgung des frühen Universums mit Staub spielten.

Staub ist ein Baustein für viele Dinge in unserem Universum – insbesondere für Planeten. Wenn sich Staub von sterben-den Sternen im Weltraum ausbreitet, trägt er wesentliche Elemente mit sich, aus denen die nächste Generation von Sternen und ihren Planeten entsteht. Woher dieser Staub kommt, ist den Astronomen seit Jahrzehnten ein Rätsel. Eine wichtige Quelle für kosmischen Staub könnten Supernovae sein – nachdem der sterbende Stern explodiert ist, dehnt sich sein übrig gebliebenes Gas aus und kühlt ab, wobei Staub entsteht.

„Direkte Beweise für dieses Phänomen gab es bisher nur wenige, da wir mit unseren Möglichkeiten bisher nur die Staub-population in einer relativ nahen Supernova untersuchen konnten – Supernova 1987A, 170.000 Lichtjahre von der Erde entfernt“, sagt die Hauptautorin Melissa Shahbandeh von der Johns Hopkins University und dem Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland. „Wenn das Gas genug abkühlt, um Staub zu bilden, ist dieser Staub nur bei mittleren Infrarot-Wellenlängen nachweisbar, vorausgesetzt, man hat eine ausreichende Empfindlichkeit.“

Für Supernovae, die weiter entfernt sind als SN 1987A, wie SN 2004et und SN 2017eaw, beide in NGC 6946 in etwa 22 Millionen Lichtjahren Entfernung, kann diese Kombination aus Wellenlängenabdeckung und ausgezeichneter Empfind-lichkeit nur mit MIRI (Mid-Infrared Instrument) von Webb erreicht werden.

Die Webb-Beobachtungen sind der erste Durchbruch bei der Untersuchung der Staubproduktion von Supernovae seit der Entdeckung von neu gebildetem Staub in SN 1987A mit dem Atacama Large Millimeter/submillimeter Array (ALMA) Teleskop vor fast einem Jahrzehnt.

Ein weiteres besonders faszinierendes Ergebnis ihrer Studie ist nicht nur die Entdeckung von Staub, sondern auch dessen Menge, die in diesem frühen Stadium des Lebens der Supernova entdeckt wurde. In SN 2004et fanden die Forscher mehr als 5.000 Erdmassen an Staub.

„Wenn man sich die Berechnung der Staubmenge anschaut, die wir in SN 2004et sehen, dann ist sie vergleichbar mit den Messungen in SN 1987A, und das bei nur einem Bruchteil des Alters“, fügte der Programmleiter Ori Fox vom Space Telescope Science Institute hinzu. „Es ist die höchste Staubmasse, die seit SN 1987A in Supernovae entdeckt wurde.“

Beobachtungen haben den Astronomen gezeigt, daß junge, weit entfernte Galaxien voller Staub sind, aber diese Galaxien sind nicht alt genug, daß Sterne mittlerer Masse, wie die Sonne, den Staub während ihres Alterns geliefert hätten. Masse-reichere, kurzlebige Sterne könnten früh genug und in ausreichender Zahl gestorben sein, um so viel Staub zu erzeugen.

Die Astronomen haben zwar bestätigt, daß Supernovae Staub produzieren, aber es stellte sich die Frage, wie viel von diesem Staub die internen Schockwellen überleben kann, die nach der Explosion zurückgeworfen werden. Die Beobachtung dieser Staubmenge in diesem Stadium der Lebenszeit von SN 2004et und SN 2017eaw deutet darauf hin, daß der Staub die Schockwelle überleben kann – ein Beweis dafür, daß Supernovae tatsächlich wichtige Staubfabriken sind.

Die Forscher weisen auch darauf hin, daß die aktuellen Schätzungen der Masse möglicherweise nur die Spitze des Eis-bergs sind. Während Webb den Forschern ermöglicht hat, kühleren Staub als je zuvor zu messen, könnte es unentdeck-ten, kälteren Staub geben, der bei noch längeren Wellenlängen des elektromagnetischen Spektrums strahlt und von den äußersten Staubschichten verdeckt bleibt.

Die Forscher betonten, daß die neuen Erkenntnisse auch nur ein Hinweis auf die neuen Möglichkeiten sind, die Webb bei der Erforschung von Supernovae und ihrer Staubproduktion bietet, und darauf, was uns das über die Sterne sagen kann, aus denen sie stammen.

„Es gibt eine wachsende Spannung zu verstehen, was dieser Staub auch über den Kern des explodierten Sterns aussagt“, so Fox. „Ich denke, daß unsere Forscherkollegen nach diesen Ergebnissen innovative Wege finden werden, um in Zukunft mit diesen staubhaltigen Supernovae zu arbeiten.“

SN 2004et und SN2017eaw sind die ersten von fünf Zielen, die in diesem Programm enthalten sind. Die Beobachtungen wurden im Rahmen des Webb General Observer Program 2666 durchgeführt. Der Artikel wurde am 5. Juli in den Monthly Notices of the Royal Astronomical Society veröffentlicht.

Das James-Webb-Weltraumteleskop ist das weltweit führende Observatorium für Weltraumforschung. Webb wird Rätsel in unserem Sonnensystem lösen, einen Blick auf ferne Welten um andere Sterne werfen und die geheimnisvollen Strukturen und Ursprünge unseres Universums und unseren Platz darin erforschen. Webb ist ein internationales Programm unter der Leitung der NASA und ihrer Partner ESA (Europäische Weltraumorganisation) und CSA (Kanadische Weltraum-organisation).

Staubhaltige Supernovae (MIRI Ansicht)

Wissenschaft: NASA, ESA, CSA, Ori Fox (STScI), Melissa Shahbandeh (STScI)
Bildbearbeitung: Alyssa Pagan (STScI)
  • Fast Facts
  • Objekt
  • Objektname(n): NGC 6946, SN2004et, SN2017eaw
  • Objektbeschreibung: Staubhaltige Supernovae in der Spiralgalaxie NGC 6946
  • Rektaszension: 20:34:52.30
  • Deklination: +60:09:14.00
  • Sternbild: Cygnus
  • Entfernung: 22.5 Millionen Lichtjahre
  • Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 2,9 Bogenminuten (~19.000 Lichtjahre)
  • Daten
  • Instrument: MIRI
  • Filter: F1000W, F1130W, F1280W, F1500W, F1800W, F2100W
  • Bild
  • Farbinformation: Diese Bilder sind ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem MIRI-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängen-bereich zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
  • Blau: F1000W Grün: F1130W+ F1280W + F1500 Rot: F1800W + F2100W

Über das Bild: Bilder des MIRI-Instruments (Mid-Infrared Instrument) von NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop zeigen große Mengen an Staub in zwei Supernovae vom Typ II, der Supernova 2004et (SN2004 et) und der Supernova 2017eaw (SN 2017eaw), die sich 22 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt in der Spiralgalaxie NGC 6946 befinden. Die großen Mengen an Staub, die um diese Supernovae herum gefunden wurden, stützen die Theorie, daß Supernovae eine Schlüsselrolle bei der Versorgung des frühen Universums mit Staub spielten.

SN 2004et ist im linken Feld dieses Bildes hervorgehoben, SN 2017eaw im rechten Feld. Die hohe Empfindlichkeit von Webb und seine Fähigkeit, im mittleren Infrarot zu beobachten, ermöglichen es ihm, den kühleren Staub zu erkennen, der die internen Schockwellen überstanden hat, die den Explosionen der sterbenden Sterne nachhallen. In diesen Bildern weisen die blauen Farben auf heißeren Staub hin, während Rot für kühleren Staub steht. Die sechseckige Form von SN 2004et in Webbs Bild ist ein Artefakt des Spiegels und der Verstrebungen des Teleskops – wenn das helle Licht einer Punktquelle beobachtet wird, interagiert das Licht mit den scharfen Kanten des Teleskops und erzeugt Beugungsspitzen.

Die neue Webb-Entdeckung ist der erste Durchbruch bei der Untersuchung der Staubproduktion von Supernovae seit der Entdeckung von neu gebildetem Staub in der relativ nahen (170.000 Lichtjahre) Supernova 1987A.

Bei SN 2004et fanden die Forscher mit Webb mehr als 5.000 Erdmassen an Staub und damit eine ähnlich große Menge wie bei SN 1987A. Dies ist der Grund, weshalb SN 2004et in den Webb-Bildern heller und röter erscheint. SN 2017eaw ist derzeit heißer und hat weniger Staub (blauer in den Webb-Beobachtungen), aber die Forscher erwarten, daß sie in 13 Jahren ähnlich aussehen wird wie SN 2004et jetzt.

In diesen Bildern wurden die Farben Blau, Grün und Rot den MIRI-Daten von Webb bei 10 (F1000W), 11,3, 12,8 und 15,0 (F1130W, F1280W und F1500W) sowie 18 und 21 Mikrometern (F1800W und F2100W) zugeordnet.

MIRI wurde von der ESA und der NASA beigesteuert, wobei das Instrument von einem Konsortium aus staatlich finanzierten europäischen Instituten (dem MIRI European Consortium) in Zusammenarbeit mit der University of Arizona und dem JPL entwickelt und gebaut wurde.

NGC 6946 (Kitt Peak National Observatory)

Ansicht: KPNO, NSF, NOIRLab, AURA – Bildbearbeitung: Alyssa Pagan (STScI)
  • Fast Facts
  • Objekt
  • Objektname(n): NGC 6946, SN2004et, SN2017eaw
  • Objektbeschreibung: Staubhaltige Supernovae in der Spiralgalaxie NGC 6946
  • Rektaszension: 20:34:52.30
  • Deklination: +60:09:14.00
  • Sternbild: Cygnus
  • Entfernung: 22.5 Millionen Lichtjahre
  • Daten
  • Instrument: KPNO 4m > MOSAIC
  • Filter: F499W, F502N, F656N
  • Bild
  • Farbinformation: Diese Bilder sind ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem MIRI-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängen-bereich zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
  • Blau: F502N Grün: F499W Rot: F656N

Über das Bild: Dieses Bild des Kitt Peak National Observatory von NGC 6496 verdeutlicht die Position der Supernova 2004et und der Supernova 2017eaw innerhalb der Galaxie. Wissenschaftler, die MIRI (Mid-Infrared Instrument) von NASA’s James-Webb-Weltraumteleskop benutzen, fanden große Mengen an Staub in zwei Supernovae vom Typ II, Supernova 2004et (SN 2004et) und Supernova 2017eaw (SN 2017eaw), die sich 22 Millionen Lichtjahre von der Erde entfernt in der Spiralgalaxie NGC 6946 befinden. Die großen Mengen an Staub, die mit MIRI in diesen Supernovae gefunden wurden, belegen, daß Supernovae eine Schlüsselrolle bei der Versorgung des frühen Universums mit Staub spielten.

Staubhaltige Supernovae (MIRI Kompass-Ansicht)

Wissenschaft: NASA, ESA, CSA, Ori Fox (STScI), Melissa Shahbandeh (STScI)
Bildbearbeitung: Alyssa Pagan (STScI)
  • Fast Facts
  • Objekt
  • Objektname(n): NGC 6946, SN2004et, SN2017eaw
  • Objektbeschreibung: Staubhaltige Supernovae in der Spiralgalaxie NGC 6946
  • Rektaszension: 20:34:52.30
  • Deklination: +60:09:14.00
  • Sternbild: Cygnus
  • Entfernung: 22.5 Millionen Lichtjahre
  • Abmessung: Das Bild hat einen Durchmesser von etwa 2,9 Bogenminuten (~19.000 Lichtjahre)
  • Daten
  • Instrument: MIRI
  • Filter: F1000W, F1130W, F1280W, F1500W, F1800W, F2100W
  • Bild
  • Farbinformation: Diese Bilder sind ein Komposit aus Einzelbelichtungen, die vom James-Webb-Weltraumteleskop mit dem MIRI-Instrument aufgenommen wurden. Es wurden mehrere Filter verwendet, um einen breiten Wellenlängen-bereich zu erfassen. Die Farbe ergibt sich aus der Zuordnung verschiedener Farbtöne (Farben) zu jedem mono-chromatischen (Graustufen-)Bild, das einem einzelnen Filter zugeordnet ist. In diesem Fall sind die zugewiesenen Farben:
  • Blau: F1000W Grün: F1130W+ F1280W + F1500 Rot: F1800W + F2100W

Über das Bild: Diese Aufnahme von NGC 6946 mit Webb’s MIRI (Mid-Infrared Camera) zeigt zwei Supernovae, SN 2004et und SN 2017eaw, mit Kompasspfeilen, Maßstabsleiste und Farbschlüssel.

Die Kompasspfeile nach Norden und Osten zeigen die Ausrichtung des Bildes am Himmel an. Der Maßstabsbalken ist mit 2.600 Lichtjahren beschriftet.

Dieses Bild zeigt unsichtbare Wellenlängen des Lichts im mittleren Infrarot, die in Farben des sichtbaren Lichts umgewan-delt wurden. Der Farbschlüssel zeigt, welche MIRI-Filter bei der Aufnahme des Lichts verwendet wurden. Die Farbe jedes Filternamens ist die Farbe des sichtbaren Lichts, die verwendet wird, um das infrarote Licht darzustellen, das durch diesen Filter hindurchgeht. In diesen Bildern wurden Blau, Grün und Rot den MIRI-Daten von Webb bei 10 (F1000W), 11,3, 12,8 und 15,0 (F1130W, F1280W und F1500W) sowie 18 und 21 Mikrometer (F1800W und F2100W) zugeordnet.