宇宙尘埃对于恒星和岩石行星的诞生至关重要，并为生命提供基本元素。但它的起源尚不清楚。许多天体物理学家认为，尘埃是在质量巨大、寿命短暂的恒星发生超新星爆炸死亡时形成的，然而，对我们银河系附近超新星的一些观测表明，它们产生的物质太少，无法解释早期宇宙中大量存在的尘埃。
在今天的《自然》杂志上，天文学家揭开了这个谜团的面纱，记录了一颗超新星中尘埃的形成过程，从爆炸后几周到几乎2.5年后。这项研究揭示了能够承受爆炸恒星冲击波的超大尘埃颗粒的形成。它还表明，尘埃的产生最初很慢，但后来加速了。
大多数之前的研究都只在短时间内观察每个超新星，因此，“它们没有告诉我们超新星产生多少尘埃的完整故事”，丹麦奥胡斯大学的天体物理学家、共同作者克里斯塔·加尔说。她和她的同事监测了2010年首次在附近星系中发现的超新星SN 2010jl。
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光和热
该团队使用位于智利帕拉纳尔山上的甚大望远镜上的摄谱仪，测量了尘埃颗粒吸收的可见光量以及颗粒本身发射的红外辐射。
英国贝尔法斯特女王大学的天文学家鲁比娜·科塔克说，该团队的数据特别引人注目，因为它们提供了从爆炸后几周到几年内一系列波长的同步覆盖。这提供了关于尘埃颗粒的大小和成分的信息。
她说，这种覆盖“对于除最近和最亮的超新星事件之外的所有事件都难以获得”。
该团队得出结论，爆炸后40至240天之间存在的尘埃一定是超新星爆发前喷射出的物质形成的，因为唯一的另一种可能性是超新星本身抛入星际空间的碎片。加尔指出，这太热了，以至于无法在爆炸后如此迅速地凝结成尘埃颗粒。随着超新星的膨胀冲击波在爆炸后的这段时间内扫过，它将先前喷射出的物质压缩成一个寒冷、致密的外壳——这是尘埃凝聚和生长的完美环境。
抵抗冲击波
令天文学家惊讶的是，他们发现尘埃颗粒按照银河系的标准来说是巨大的，直径为1到4.2微米——至少是我们在银河系恒星系统之间发现的尘埃颗粒典型宽度的四倍。加尔指出，形成大的尘埃颗粒更困难，但它们的大小使得它们能够抵抗与超新星撞击星际物质相关的冲击波的破坏，这可能解释了它们的寿命。先前在我们的太阳系中发现了大的星际尘埃颗粒。
在早期观测中，SN 2010jl周围的尘埃量相对较小，相当于不到太阳质量的万分之一。但在爆炸后500到868天之间，尘埃形成加速，尘埃质量增加了10倍以上。
加尔说，加速的速率标志着超新星尘埃产生的第二个阶段的过渡。一旦超新星爆发期间产生的富碳物质和其他碎片充分冷却，它就开始凝聚成尘埃，加速生产。在第868天，加尔的团队最后一次观察到超新星时，尘埃量已增加到太阳质量的0.04，或830个地球质量。
如果尘埃产生增加的趋势继续下去，在20年内，SN 2010jl将产生相当于太阳质量一半的尘埃颗粒，类似于在被广泛观测到的超新星SN 1987A中观测到的量。加尔说，如果早期宇宙中大量超新星以类似的速率产生尘埃，那么这确实可以解释在早期宇宙中观测到的尘埃。
本文经许可转载，并于2014年7月9日首次发布。