Supernova: En explosion 3000 miljoner gånger ljusare än Solen

Supernova: En explosion 3000 miljoner gånger ljusare än Solen

En stjärna försvinner inte tyst när den detonerar. Vid sin höjdpunkt kan en supernova verka cirka 3000 miljoner gånger ljusare än Solen om de två var placerade på samma avstånd från en observatör – en blixt så våldöst att den kan följas från andra galaxer i månader.

Astronomer sorterar dessa explosioner i två breda familjer: någon kommer från det plötsliga, okontrollerade återantändandet av en utbränd stjärnkärna som kallas vit dvärg, medan andra markerar det slutgiltiga sammanfallet av en massiv stjärnas kärnstöt. Båda processerna slutar på samma sätt, i en explosion som sår rymden med nya element och ofta lämnar ett konstigt, kompakt lik kvar.

Det som följer är inte den allmänna disposition som varje artikel upprepar. Det är en uppsättning specifika, källbelagda siffror: hur fort skräpet flyger, hur långt bort de svagaste har mätts, och vad som faktiskt har hittats gömt inuti resterna.

Hur en okontrollerad vit dvärg detonerar

En vit dvärg är en utbränd stjärnkärna så tät att bara elektronträck förhindrar att den kollapsar vidare. Om den långsamt absorberar gas från en följesstjärna kan dess massa krypa mot Chandrasekhar-gränsen, cirka 1,44 gånger Solens massa – punkten bortom vilken elektron-degenerationstryck inte längre kan hålla stjärnan mot sin egen tyngdkraft.

Tycho''s Supernova Remnant i röntgenstrålar
Tycho''s Supernova Remnant, skräpet från stjärnexplosionen som Tycho Brahe observerade 1572, fotograferad i röntgenstrålar av NASA:s Chandra Observatory. NASA/CXC/Rutgers/J.Warren & J.Hughes et al., public domain, via Wikimedia Commons

När tändningen börjar kollapsar stjärnan inte bara; den detonerar. Materia blåses ut med 5000 till 20000 kilometer per sekund, ungefär 6% av ljusets hastighet. En del av detta skräp fortsätter att expandera under århundraden: en dubbel-degenerationshändelse, där två vita dvärgar smälter snarare än att en långsamt matar sig från en följesstjärna, kan förklara varför G1.9+0.3, den yngsta kända supernovaresten i vår galax, har blivit ljusare och större i årtionden efter dess bildning.

Att se en stjärna explodera i realtid

Supernovor är tillräckligt vanliga för att professionella och amatörastronomer hittade mer än 200 nya på ett år, 2012 – och SN 2012fr, upptäckt den oktober, var bland de ljusaste av det året.

Denna ljusstyrka gör att siffran 3000 miljoner är mer än en abstraktion: astronomer kan jämföra en exploderad stjärnas ljus direkt med Solens, i samma avstånd, och få ett verkligt förhållande istället för bara ett grovt intryck. Att se hur ett enkelt objekt går från osynligt till kort ljusare än sin egen galax är en del av anledningen till att supernovajakt fortsätter att expandera.

En tusen år gammal explosion, uppmätt till kilometer

Vissa supernovor är gamla nog att ha uppnåtts av historiker snarare än teleskop, men deras skräp kan fortfarande mätas med modern precision. Resten av SN 1006 – en explosion tillräckligt ljus för att dra uppmärksamhet över hela medeltida världen – sitter cirka 2,17 (plus eller minus 0,08) kiloparsek från Jorden, ett avstånd fastställt genom att spåra den långsamma driften av sina glödande trådar över årtionden av bilder.

Denna avståndsmätning låter astronomer arbeta baklänges till en beräknad toppljusstyrka för den ursprungliga explosionen, och resultatet stämmer överens med mitten av ljusstyrkeestimaten som registrerades av observatörer som såg den faktiska händelsen utspela sig långt innan teleskop existerade.

Supernovorna som inte slutför jobbet

Inte alla vita dvärg-explosioner förstör sin stjärna helt. Astronomer har identifierat mer än 30 ovanligt svaga "mini-supernovor" – explosioner så svaga att den vita dvärgen i deras centrum kan överleva snarare än att raderas.

En av dessa, SN 2012Z, sitter i värdgalaxen NGC 1309, cirka 110 miljoner ljusår bort. Att jämföra den med en lika svag händelse, SN 2008ha, visar hur brett denna reducerad klass kan variera: SN 2012Z rangordnas bland de kraftigaste av dessa underkraftiga explosioner, medan SN 2008ha rangordnas bland de svagaste. Mönstret var inte en överraskning i efterhand – redan 2009 hade forskare redan föreslagit att denna typ av händelse kommer från en vit dvärg kombinerad med en helium-stjärneföljesstjärna, år innan SN 2012Z gav dem chansen att testa idén direkt.

Den ljusaste explosionen som någonsin registrerats

Inte alla supernovor är svaga eller närliggande. ASASSN-15lh, den ljusaste supernovaen som någonsin registrerats, ligger cirka 3,82 miljarder ljusår från Jorden. Först upptäckt i juni 2015, nådde den cirka 570 miljarder gånger Solens lysstyrka – två gånger bolometrisk produktion av någon annan känd supernova.

En enda stjärnexplosion kort ljusare än hundratals miljarder solar är en användbar påminnelse om hur mycket energi som är låst inne i en vanligt utseende stjärna innan den exploderar.

Jakt på neutronstjärnan gömd i SN 1987A

SN 1987A förblir referenspunkten för närstjärnig supernova i den moderna eran. Astronomer placerar den cirka 51,4 kiloparsek bort – cirka 168000 ljusår – vilket gör den till den närmaste stjärnexplosionen någon har dokumenterat sedan Johannes Kepler spårade en 1604, nära nog, och nylig nog, att instrument över hela planeten kunde studera det i detalj.

SN 1987A fotograferad av James Webb Space Telescope
SN 1987A, en av de mest studerade närliggande supernovorna, fotograferad av 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

Teorin förutspådde att den kollapsande kärnan borde ha lämnat en neutronstjärna bakom, men i årtionden kunde ingen bekräfta att en faktiskt var där. Det förändrades 2019, när astronomer som använder Atacama Large Millimeter Array rapporterade indirekt bevis på en kollapsad neutronstjärna inuti resten. Det som helst överlevde explosionen förväntas likna typiska neutronstjärnor på andra ställen: objekt med en radie på cirka 10 kilometer som packar in cirka 1,4 gånger Solens massa.

Ett namn från 1931 och en stjärna först sedd 1054

Ordet "supernova" själv är knappt ett århundrade gammalt. Walter Baade och Fritz Zwicky får äran: paret introducerade termen medan de höll en forelasning om astrofysik 1931, lånade "nova" som astronomer redan använt för stjärnupplysnin och lade till "super" när de insåg dessa händelser var kategoriskt större.

En av föremålen som hjälpte till att göra denna skillnad uppenbar sitter inuti Krabnebulosan – skräpet från en supernova som kinesiska astronomer registrerade år 1054 e.Kr.

Krabnebulosan fotograferad av Hubble Space Telescope
Krabnebulosan, en sex ljusår bred supernovarester registrerad av kinesiska och japanska astronomer 1054, fotograferad av Hubble Space Telescope. NASA, ESA, J. Hester och A. Loll (Arizona State University), public domain, via Wikimedia Commons

I dess centrum ligger Krab-pulsaren, en neutronstjärna endast 28 till 30 kilometer bred som snurrar 30,2 gånger varje sekund – den kompakta resten av en explosion ljus nog för att observatörer på andra sidan planeten skulle spela in den utan teleskop, århundraden innan Baade och Zwicky gav fenomenet sitt namn.

Källor