宇宙塵埃對於恆星和岩石行星的誕生至關重要，併為生命提供基本元素。但它的起源尚不清楚。許多天體物理學家認為，塵埃是在質量巨大、壽命短暫的恆星發生超新星爆炸死亡時形成的，然而，對我們銀河系附近超新星的一些觀測表明，它們產生的物質太少，無法解釋早期宇宙中大量存在的塵埃。
在今天的《自然》雜誌上，天文學家揭開了這個謎團的面紗，記錄了一顆超新星中塵埃的形成過程，從爆炸後幾周到幾乎2.5年後。這項研究揭示了能夠承受爆炸恆星衝擊波的超大塵埃顆粒的形成。它還表明，塵埃的產生最初很慢，但後來加速了。
大多數之前的研究都只在短時間內觀察每個超新星，因此，“它們沒有告訴我們超新星產生多少塵埃的完整故事”，丹麥奧胡斯大學的天體物理學家、共同作者克里斯塔·加爾說。她和她的同事監測了2010年首次在附近星系中發現的超新星SN 2010jl。
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光和熱
該團隊使用位於智利帕拉納爾山上的甚大望遠鏡上的攝譜儀，測量了塵埃顆粒吸收的可見光量以及顆粒本身發射的紅外輻射。
英國貝爾法斯特女王大學的天文學家魯比娜·科塔克說，該團隊的資料特別引人注目，因為它們提供了從爆炸後幾周到幾年內一系列波長的同步覆蓋。這提供了關於塵埃顆粒的大小和成分的資訊。
她說，這種覆蓋“對於除最近和最亮的超新星事件之外的所有事件都難以獲得”。
該團隊得出結論，爆炸後40至240天之間存在的塵埃一定是超新星爆發前噴射出的物質形成的，因為唯一的另一種可能性是超新星本身拋入星際空間的碎片。加爾指出，這太熱了，以至於無法在爆炸後如此迅速地凝結成塵埃顆粒。隨著超新星的膨脹衝擊波在爆炸後的這段時間內掃過，它將先前噴射出的物質壓縮成一個寒冷、緻密的外殼——這是塵埃凝聚和生長的完美環境。
抵抗衝擊波
令天文學家驚訝的是，他們發現塵埃顆粒按照銀河系的標準來說是巨大的，直徑為1到4.2微米——至少是我們在銀河系恆星系統之間發現的塵埃顆粒典型寬度的四倍。加爾指出，形成大的塵埃顆粒更困難，但它們的大小使得它們能夠抵抗與超新星撞擊星際物質相關的衝擊波的破壞，這可能解釋了它們的壽命。先前在我們的太陽系中發現了大的星際塵埃顆粒。
在早期觀測中，SN 2010jl周圍的塵埃量相對較小，相當於不到太陽質量的萬分之一。但在爆炸後500到868天之間，塵埃形成加速，塵埃質量增加了10倍以上。
加爾說，加速的速率標誌著超新星塵埃產生的第二個階段的過渡。一旦超新星爆發期間產生的富碳物質和其他碎片充分冷卻，它就開始凝聚成塵埃，加速生產。在第868天，加爾的團隊最後一次觀察到超新星時，塵埃量已增加到太陽質量的0.04，或830個地球質量。
如果塵埃產生增加的趨勢繼續下去，在20年內，SN 2010jl將產生相當於太陽質量一半的塵埃顆粒，類似於在被廣泛觀測到的超新星SN 1987A中觀測到的量。加爾說，如果早期宇宙中大量超新星以類似的速率產生塵埃，那麼這確實可以解釋在早期宇宙中觀測到的塵埃。
本文經許可轉載，並於2014年7月9日首次釋出。