Afsløring: Her kommer planeternes byggesten fra

Planeter bliver dannet, når kosmisk støv samler sig i klumper omkring stjerner og med tiden vokser til planetstørrelse.

Men hvor kommer det kosmiske støv fra?

Spørgsmålet har plaget forskere i lang tid, men nu har danske forskere endelig fundet svaret.

I et nyt studie, der netop er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Nature, viser de danske forskere, at kosmisk støv bliver skabt, når kæmpestjerner springer i luften som supernovaer og sender massive chokbølger ud i omkringliggende lag af fortættede gasarter.

På bagsiden af de voldsomme chokbølger køler gasarterne så meget ned, at partikler kondenserer og danner det kosmiske støv, der med tiden bliver til både planeter og dig og mig.

Den ledende forsker bag studiet, postdoc Christa Gall fra Institut for Fysisk og Astronomi ved Aarhus Universitet og Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, fortæller:

»Vores studie viser, at det kosmiske støv bliver dannet hurtigt af supernovaerne og i meget store størrelser. De store størrelser gør, at efterfølgende chokbølger fra supernovaen ikke flår partiklerne fra hinanden igen. Spørgsmålet om skabelsen af det kosmiske støv har undret forskere længe, men nu har vi svaret,« siger Christa Gall.

Sådan dannes kosmisk støv

Når en kæmpestjerne er ved at nærme sig sin udløbsdato – det vil sige, at den har opbrugt alt sit brændstof og nærmer sig et tidspunkt, hvor den potentielt kan eksplodere som en supernova – kaster stjernen store mængder materiale ud i verdensrummet.

En del af dette materiale er i form af gasser, der ligger som en kappe rundt om den døende stjerne.

På et øjeblik bliver tyngdekræfterne i kæmpestjernens kerne for store, og stjernen eksploderer som en supernova. Eksplosionen sender apokalyptiske chokbølger ud i verdensrummet.

Tidligere har forskere ment, at disse chokbølger var så kraftige, at de ville flå alt kosmisk støv fra hinanden, og supernovaerne kunne derfor ikke være ophav til det kosmiske støv.

Det danske studie viser dog det modsatte, nemlig at kombinationen af en apokalyptisk eksplosion og en kappe af fortættede gasarter netop er opskriften på kosmisk støv.

Her er hvordan:

• Når chokbølger rammer de fortættede gasser, sagtner chokbølgen farten. Det betyder, at gassen bliver endnu mere fortættet og nedkølet på bagsiden af chokbølgen.
• Temperaturen rammer på et tidspunkt omkring 1.700 grader, hvilket er både varmt og koldt nok til, at gasserne med deres nye tæthed kan kondensere og danne det kosmiske støv.
• Var det varmere eller koldere, ville det kosmiske støv ikke blive dannet, men netop temperaturer omkring 1.700 grader og med den høje tæthed i gasserne er betingelserne for dannelse af kosmisk støv perfekte.

»Vores observationer viser, at det sker enormt hurtigt,« fortæller Christa Gall.

Kosmisk støv rammes af anden chokbølge

Faren er dog ikke ovre for det kosmiske støv.

Idet chokbølgen rammer muren af gasarter, bliver den kastet tilbage igen. Her rammer chokbølgen de netop dannede støvpartikler på bagsiden af den fremadrettede chokbølge.

Argumentet mod teorien, om at kosmisk støv kommer fra supernovaer, har været, at netop denne omvendte chokbølge ville være så kraftig, at det nydannede kosmiske støv ville blive flået i stykker igen.

Det nye studie viser dog, at de nydannede støvpartikler er så store, at de kan overleve den omvendte chokbølge.

»Det er en af de store nyheder i studiet. Vores observationer viser, at støvpartiklerne er mellem 1 og 5 mikrometer store (en tusindedel af en millimeter), hvilket er meget stort for kosmisk støv. Størrelsen gør, at støvpartiklerne kan overleve både den omvendte chokbølge og andre chokbølger, de måtte støde på ude i galakserne,« forklarer Christa Gall.

Studeret lysfrekvenser

Til at gøre deres opdagelse studerede forskerne en eksploderende kæmpestjerne, der var 40 gange så stor som Solen og 10 gange mere lysstærk.

Forskerne observerede supernovaen fra få til 800 dage efter, den eksploderede.

Ved hjælp af et apparat til at måle lysfrekvenser, den såkaldte X-shooter, kunne forskerne studere supernovaens lyssignatur fra det ultraviolette til det infrarøde spektrum.

Ved at se på ændringer i lysspektret kunne forskerne udregne, hvad lyset passerede igennem på sin rejse fra supernovaen til Jorden.

»Støv absorberer lys, og ud fra vores data kunne vi beregne mængden af støv, størrelsen af støvkornene og støvets sammensætning. Det viste noget meget spændende,« siger Christa Gall.

Kollega er begejstret

Direktør for DTU SPACE ved Danmarks Tekniske Universitet, Kristian Pedersen, har ikke deltaget i det nye studie, men han har læst det og er meget begejstret.

Ifølge Kristian Pedersen viser studiet endegyldigt, at supernovaer bidrager til den samlede mængde kosmisk støv i universet.

»Studiet viser, at supernovaer skaber store mængder kosmisk støv, når de eksploderer. Der kan ikke længere være tvivl om, at supernovaer bidrager betydeligt til den samlede mængde kosmisk støv i galakserne,« siger Kristian Pedersen.

Kristian Pedersen mener også, at resultatet kan bruges i praksis, når forskere skal kigge på fjerne galakser. Disse galakser må have haft mange supernovaer, der har kastet store mængder støv af sig. Når lyset fra de fjerne galakser rammer Jorden, vil de have passeret gennem en masse kosmisk støv, der har ændret på frekvensen i lyset.

»Derfor bliver lyset mere rødt, end det ellers ville have været. Det er man nødt til at tage højde for, når man observerer disse fjerne galakser,« siger Kristian Pedersen.

Direktøren for DTU SPACE er desuden begejstret for, at de danske resultater er lavet med x-shooter, der er et apparat, som Danmark har bidraget betydeligt til udviklingen af, og som er i meget høj kurs blandt forskere.

»Det viser, at det godt kan betale sig at være med til at udvikle disse nye instrumenter. Det giver førsteret, når de skal bruges, og så kan man altså være med helt fremme i forskningen, som Christa Gall er her,« siger Kristian Pedersen.