Supernova: En eksplosion 3000 millioner gange lysere end Solen

Supernova: En eksplosion 3000 millioner gange lysere end Solen

En stjerne forsvinder ikke stille, når den detonerer. På sit højdepunkt kan en supernova virke cirka 3000 millioner gange lysere end Solen, hvis de to var placeret i samme afstand fra en observatør – et blitz så voldsomt, at det kan spores fra andre galakser i måneder.

Astronomer sorterer disse eksplosioner i to brede familier: nogle kommer fra den pludselige, ukontrolleret genantændelse af en udbrændt stjernekerne kaldet hvid dværg, mens andre markerer det endelige sammenbrud af en massiv stjerners kerne. Begge processer slutter på samme måde, i en eksplosion, der såer rummet med nye elementer og ofte efterlader et underligt, kompakt lig.

Det, der følger, er ikke det generelle omrids, som hver artikel gentager. Det er et sæt af specifikke, kildebelagte tal: hvor hurtigt affald flyver, hvor langt væk de svageste er blevet målt, og hvad der faktisk er blevet fundet gemt inden i resterne.

Hvordan en ukontrolleret hvid dværg detonerer

En hvid dværg er en udbrændt stjernekerne så tæt, at kun elektronenetryck forhindrer den i at kollapse yderligere. Hvis den langsomt opsugerer gas fra en følgeststjerne, kan dens masse krybbe mod Chandrasekhar-grænsen, omkring 1,44 gange Solens masse – det punkt, hvor elektronens degenerationstryck ikke længere kan holde stjernen mod sin egen tyngdekraft.

Tycho''s Supernova Remnant i røntgenstråler
Tycho''s Supernova Remnant, affald fra stjernekollaps, som Tycho Brahe observerede i 1572, fotograferet i røntgenstråler af NASA''s Chandra Observatory. NASA/CXC/Rutgers/J.Warren & J.Hughes et al., public domain, via Wikimedia Commons

Når tændingen begynder, kollapser stjernen ikke blot; den detonerer. Materiale blæses ud med 5000 til 20000 kilometer pr. sekund, omkring 6% af lysets hastighed. Noget af dette affald fortsætter med at ekspandere i århundreder: en dobbelt-degenerations-begivenhed, hvor to hvide dværge smelter i stedet for, at en langsomt mader sig fra en følgester, kan forklare, hvorfor G1.9+0.3, den yngste kendte supernovarest i vores galakse, er blevet lysere og større i årtier efter dens dannelse.

At se en stjerne eksplodere i realtid

Supernovaer er hyppige nok til, at professionelle og amatør-himmelundersøgelser fandt over 200 nye på et år, 2012 – og SN 2012fr, opdaget i oktober, rangerede blandt de lyseste af det år.

Denne lysstyrke gør, at 3000 millioner-tallet er mere end en abstraktion: astronomer kan direkte sammenligne en eksploderende stjernes lys med Solens, i samme afstand, og få et reelt forhold i stedet for blot et groft indtryk. At observere, hvordan et enkelt objekt går fra usynligt til kort lysere end sin egen galakse, er en del af grunden til, at supernovajagt fortsætter med at ekspandere.

En tusind år gammel eksplosion, målt til kilometer

Nogle supernovaer er gamle nok til at være optegnet af historikere snarere end teleskoper, men deres affald kan stadig måles med moderne præcision. Resten af SN 1006 – en eksplosion lysende nok til at tiltrække opmærksomhed over hele middelalderens verden – sidder omkring 2,17 (plus eller minus 0,08) kiloparsec fra Jorden, en afstand fastslået ved at spore den langsomme drift af dets gloende filament over årtier med billeder.

Denne afstandsmåling gør det muligt for astronomer at arbejde baglæns til en beregnet toppysstyrke for den oprindelige eksplosion, og resultatet stemmer overens med midten af området med lystyrkestimates registreret af observatører, som så den faktiske begivenhed udspille sig længe før teleskoper eksisterede.

Supernovaerne, der ikke fuldfører jobbet

Ikke alle hvid-dværg-eksplosioner ødelægger deres stjerne helt. Astronomer har identificeret mere end 30 usædvanligt svage "mini-supernovaer" – eksplosioner så svage, at den hvide dværg i deres centrum kunne overleve i stedet for at blive slettet.

En af disse, SN 2012Z, sidder i værtsgalaksen NGC 1309, omkring 110 millioner lysår væk. Sammenligning med en lige så svag begivenhed, SN 2008ha, viser, hvor bredt denne reducerede klasse kan variere: SN 2012Z rangerer blandt de stærkeste af disse underkraftede eksplosioner, mens SN 2008ha rangerer blandt de svageste. Mønstret var ikke en overraskelse i bakspejlet – allerede i 2009 havde forskere foreslået, at denne type begivenhed kommer fra en hvid dværg parret med en helium-stjernefølgester, år før SN 2012Z gav dem chancen til at teste ideen direkte.

Den lyseste eksplosion nogensinde registreret

Ikke alle supernovaer er svage eller tæt på. ASASSN-15lh, den lyseste supernova nogensinde registreret, ligger omkring 3,82 milliarder lysår fra Jorden. Først opdaget i juni 2015, nåede den omkring 570 milliarder gange Solens lysstyrke – det dobbelte af bolometrisk output fra enhver anden kendt supernova.

En enkelt stjernekollaps, som kort er lysere end hundreder af milliarder sole, er en nyttig påmindelse om, hvor meget energi der er lukket inde i en almindeligt udseende stjerne, før den eksploderer.

Jagt på neutronstjernen gemt i SN 1987A

SN 1987A forbliver referencestellepunktet for nærliggende supernova i den moderne æra. Astronomer placerer det omkring 51,4 kiloparsec væk – omkring 168000 lysår – hvilket gør det til det nærmeste stjernekollaps, som nogen har dokumenteret siden Johannes Kepler sporede en i 1604, tæt nok, og nylig nok, så instrumenter over hele planeten kunne studere det i detaljer.

SN 1987A fotograferet af James Webb Space Telescope
SN 1987A, en af de mest studerede nærliggende supernovaer, fotograferet af James Webb Space Telescope. Foto: NASA, ESA, CSA, M. Matsuura (Cardiff University), R. Arendt (NASA''s Goddard Spaceflight Center & University of Maryland, Wikimedia Commons, CC BY 4.0

Teorien forudsagde, at den kollapsende kerne skulle have efterladt en neutronstjerne, men i årtionder kunne ingen bekræfte, at der var en der faktisk. Det ændrede sig i 2019, da astronomer, der bruger Atacama Large Millimeter Array, rapporterede indirekte beviser på en kollapsad neutronstjerne inden i resten. Det, som helst overlevede eksplosionen, forventes at ligne typiske neutronstjerner andre steder: genstande med en radius på omkring 10 kilometer, der pakker omkring 1,4 gange Solens masse.

Et navn fra 1931 og en stjerne først set i 1054

Selve ordet "supernova" er knapt et århundrede gammelt. Walter Baade og Fritz Zwicky får æren: parret introducerede udtrykket mens de holdt forelæsning om astrofysik i 1931, lånte "nova", som astronomer allerede brugte til stjernelygningstørhed og tilføjede "super", da de indså, disse begivenheder var kategorisk større.

En af genstandene, der hjalp med at gøre denne skelnen åbenbar, sidder indenfor Krabtågen – affald fra en supernova, som kinesiske astronomer registrerede i år 1054 e.kr.

Krabtågen fotograferet af Hubble Space Telescope
Krabtågen, en seks lysår bred supernovarester registreret af kinesiske og japanske astronomer i 1054, fotograferet af Hubble Space Telescope. NASA, ESA, J. Hester og A. Loll (Arizona State University), public domain, via Wikimedia Commons

I sin kerne ligger Krab-pulsaren, en neutronstjerne kun 28 til 30 kilometer bred, der roterer 30,2 gange hvert sekund – resterne af en eksplosion, der var lysende nok til, at observatører på den anden side af planeten optog den uden teleskop, århundreder før Baade og Zwicky gav fænomenet sit navn.

Kilder