Neue Forschungen haben eine starke Polarisierung von einem jungen Supernova-Überrest entdeckt. Es lieferte unabhängige und solide Beweise dafür, dass der kosmische Staub im frühen Universum in Supernovae entstanden ist. Es stimmt zwar, dass Supernovae kosmischen Staub ausstoßen und zerstören, aber Infrarotbeobachtungen deuten nun darauf hin, dass sich der Staub in einem frühen Stadium einer Supernova gebildet hat. SOFIA HAWC+ (Stratospheric Observatory for Infrared Astronomy High-Resolution Airborne Wideband Camera Plus) Band-D-Beobachtungen des jungen Supernova-Überrests (SNR) Cassiopeia A (Cas A) zeigen eine hohe Polarisation auf dem Niveau von 5-30 %. Diese Polarisierung zeigt:
Dr. Jeonghee Rho, ein Forschungswissenschaftler am SETI-Institut und Hauptautor dieser Studie, sagte, dass die polarisierte Staubemission zum SNR Cas A gehört und keine zufällige interstellare Emission ist. Die Untersuchung von Emissionen im fernen Infrarot ist schwierig, da sie überall am Himmel zu finden sind. Die Suche nach Emissionen im Zusammenhang mit Supernovae ist gleichbedeutend mit der Suche nach der Nadel im Heuhaufen. Polarisationsbeobachtungen werfen darauf ein neues Licht.
Die Forschung ist eine Zusammenarbeit mit dem Doktoranden, Herrn Aravind Ravi, und anderen Wissenschaftlern an der University of Texas, Arlington, und Mitarbeiter sind an der University of College London und der Cardiff University im Vereinigten Königreich, der Universität Gent in Belgien und dem Max-Planck-Institut in Deutschland und das Korean Astronomy and Space Science Institute in Südkorea.
Cassiopeia A ist ein relativ junger SNR im Sternbild Cassiopeia und etwa 11.000 Lichtjahre von der Erde entfernt, und sein Licht erreichte die Erde wahrscheinlich erstmals um 1671 n. Chr. Es ist auch ein gut untersuchtes SNR, was es zu einem idealen Beobachtungsziel macht. HAWC+ von SOFIA ist eine Ferninfrarotkamera und ein bildgebendes Polarimeter, das Gesamt- und polarisierte Flussbildgebung in fünf Breitbandwellenlängen ermöglicht. Die Polarisationskarte von Cas A wurde bei 154 Mikron (Band D) durchgeführt. Durch die Beobachtung mit diesem Instrument hofften die Forscher zu lernen:
Durch das Verständnis der Eigenschaften der Staubkörner können Wissenschaftler die Geschichte der Sternentstehung und die Entwicklung des Universums besser verstehen. Nicht zu verwechseln mit Staubhasen, die sich unter Betten verstecken, kosmischer Staub besteht aus Gestein und besteht aus Elementen wie Kohlenstoff, und in diesem Fall hauptsächlich Silikat, und spielt eine Rolle bei der Entstehung von Sternen und Planeten. Theoretische Modelle zeigten zuvor, dass Staubbildung in Supernovae das Vorhandensein von Staub im frühen Universum erklären könnte. Die große Frage war, ob es Hinweise auf eine ausreichende Staubbildung geben würde.
Die Polarisation von SOFIA in Cas A, die Spitzer- und Herschel-Bilder kombiniert, impliziert eine Schätzung eines Magnetfelds von ungefähr 100 Milli-Gauss. Cas A gilt als eine der stärksten Magnetfeldquellen. Die Kornausrichtung in Supernova-Auswurf erfolgt mit den Magnetfeldern, und die Staubpolarisation kann das Magnetfeld zuverlässig verfolgen.
Die Beobachtung zeigte, dass Silikatstaubkörner die dominierenden Körner in Cas A sind. Dieses Ergebnis ist aussagekräftig, da die Überlebensrate für Silikatstaub höher ist als für andere Staubarten, sodass hinter dem Umkehrstoß noch genügend Staub vorhanden ist. Andere vorhandene Körner könnten eisenhaltiger Staub sein, aber zusätzliche Wellenlängenbeobachtungen oder -simulationen werden ein besseres Verständnis liefern.
Die große Staubmenge aus den polarisierten Regionen des SNR zeigt, dass Supernovae die bedeutendsten Staubproduzenten im frühen Universum sind. Die Staubmasse aus dem polarisierten Bereich (z. B. ohne den westlichen Teil) beträgt immer noch zwei Zehntel der Sonnenmasse. Früher wurde dies durch Dekonvolution von Spektren durchgeführt. Diese Daten sind eine unabhängige Bestätigung dafür, dass die Staubproduktion von Supernovae als Staubproduzenten im frühen Universum wichtig ist.
„Es ist enttäuschend, dass die SOFIA-Mission zu Ende geht, wenn wir aufregende Ergebnisse wie diese sehen“, sagte der stellvertretende Direktor von SOFIA Science Mission Operations, Bernhard Schulz. „Es gibt derzeit keinen Plan für ein weiteres Ferninfrarot-Observatorium, sodass der gesamte Bereich der Astronomie betroffen sein wird.“
Diese Arbeit bringt uns dem Verständnis der Prozesse im frühen Universum näher, die zur Entstehung von Sternen und Planeten führen. Durch die genauere Untersuchung der Körner mit dem James-Webb-Weltraumteleskop hoffen die Forscher, die Staubzusammensetzung besser zu verstehen.
Dr. Rho wird ihre Ergebnisse auf der für heute, den 13. Juni, um 10:15 Uhr PDT geplanten AAS-Pressekonferenz vorstellen.