Mød supernova-eksplosionens storebror: hypernovaen
Det er lykkedes forskere at skabe en computermodel for den største eksplosion i universet, hypernovaen. Eksplosionen sender gammaglimt mod Jorden i koncentrerede stråler af energi og stof.

Når store stjerner dør, eksploderer de. Men sommetider eksploderer de virkelig, virkelig voldsomt og bliver til de mest voldsomme eksplosioner i det observerbare univers. En såkaldt hypernova.

Forskere har indimellem observeret eksplosioner i universet, der var større, end man kunne forklare, men nu har forskere skabt en computermodel, der simulerer fænomenet kaldet en hypernova. Det skriver Livescience.com.

Du kan se videoen øverst i artiklen og ellers læse her, hvad forskellen er på en supernova og en hypernova.

Stjerne imploderer under egen tyngdekraft og sender trykbølger gennem universet

Når en kæmpestjerne løber tør for hydrogen, vil den stærke tyngdekraft i dens kerne begynde med at smelte tungere og tungere grundstoffer sammen. På den kosmiske tidsskala går dette rigtig hurtigt, og når stjernen begynder at ville smelte jern, går processen i stå. Fusionen slukkes, og tyngdekraften vil smadre selve kernen.

På blot et enkelt sekund vil stjernens kerne implodere og dermed gå fra at være omkring 1.600 kilometer i diameter til blot 16 kilometer. Det sætter gang i en kæmpe trykbølge, som river stjernen i småstykker.

Altså, kort sagt: Stjerne løber tør for brændstof, imploderer, trykbølge, kæmpe eksplosion. Det eneste, der bliver tilbage, er en hurtigt udvidende sky af brændvarm gas og en lille neutronstjerne, der drejer hurtigt rundt om sig selv der, hvor stjernens kerne plejede at være.

Og det var ‘bare’ beskrivelsen af en supernova.

Hypernova skyder energi og masse ud fra stjernens magnetiske poler

Indimellem sker det, at forskere observerer eksplosioner i de fjerneste dele af universet, som indeholder langt mere energi, end man kender fra supernovaerne. Disse eksplosioner er kendt for at udsende gammastråling, og man mener, de er er produktet af supernovaens storebror, hypernovaen.

Foruden at lyde som noget fra en science fiction- eller superheltefilm er hypernovaen også indbegrebet af magnetisk intensitet. Når stjernens kerne begynder at kollapse, stiger den ikke bare i densitet, men stjernen beholder også dens spin, mens den krymper. Denne hurtige bevægelse skaber en overophedet plasma, og stjernens magnetfelt bliver ekstremt koncentreret.

Man har haft en rimelig god forståelse af kernens kollaps under en supernova baseret på både teori og observationer, men mekanismerne bag hypernovaen er ikke blevet fyldestgørende forklaret før nu.

Supercomputer efterligner hypernovaens ekplsosion

På en af Jordens stærkeste supercomputere er det lykkedes et internationalt hold af forskere at skabe en model af hypernovaens kerne under et kollaps i den brøkdel af et sekund, hvor den eksploderer. Og modellen kan give helt nye svar om de gådefulde gammastråler.

Man mener, at gammastrålernes enorme mængder energi skyldes det, der sker i kernen, når en kæmpestjerne kollapser til en supernova. Her sker der noget, som skyder stof og energi ud i modsatrettede retninger fra stjernens poler i koncentrerede stråler.

Strålerne er så intense, at skulle en af dem være rettet direkte mod Jorden, vil signalet give indtrykket af at være skabt af en langt stærkere eksplosion, end en typisk supernova kan klare.

»Vi ledte efter basismekanismen, motoren til kernen, bag, hvordan en kollapsende stjerne kunne føre til formationen af stråler i begge ender,« siger Erik Schnetter, der forsker ved Perimeter Institute for Theoretical Physics i Waterloo, Ontario i USA, og som designede modellen, der simulerer kernerne i døende stjerner, til Livescience.com.

Hypernovaen koncentrerer eksplosionen i to retninger

En måde, man kan forestille sig eksplosionen på, er ved at sammenligne den med en stang dynamit og en kanonkugle.

Hvis man stiller kanonkuglen oven på dynamitstangen, vil kanonkuglen højst sandsynligt ikke flytte sig meget under eksplosionen. Den vil måske flyve en halv meter op i luften og lande på jorden, hvor dynamitten var.

Men forestiller man sig, at dynamitten er i et jernrør, hvor den ene ende er lukket, og kanonkuglen er placeret i den anden ende, vil eksplosionens kraft i stedet være fokuseret og derfor kunne sende kanonkuglen flere hundrede meter op i luften.

Ligesom med dynamitten er det meste af hypernovaens energi koncentreret i de to stråler i hver ende, fordi den bliver indkapslet af magnetfeltet. Det danner på en måde et rør som i eksemplet.

Så når vi ser strålen af energi pege mod Jorden, virker den langt lysere og kraftigere end ved supernovaen, hvor energien sendes i alle retninger på én gang. Og dette kaldes et gammaglimt.

Computersimulation afslørede vildt magnetfelt

Hvordan disse to stråler bliver formet har dog været et mysterium. Men simulationen, som foregik over to uger på Blue Waters supercomputer ved National Center for Supercomputing Applications på University of Illinois, har vist, at en ekstrem dynamo, skabt af turbulens, måske er grunden til det hele.

»En dynamo er en måde at tage de magnetiske strukturer inden i en kæmpestjerne og konvertere dem til større og større magnetiske strukturer, som er nødvendige for at producere hypernovaer og gammaglimt,« siger postdoc ved University of California Phillip Mösta, der også er hovedforfatter på studiet, til Livescience.

»Det er det, der starter processen. Folk har tidligere troet, at dette kunne lade sig gøre, men nu har vi faktisk vist det,« siger han.

Stjerners lag roterer med forskellig hastighed

Stjerner har forskellige lag, som er kendt for at roterede ved forskellige hastigheder. Vores egen Sol er kendt for denne såkaldte ‘differentiale-rotation.’

Når en kæmpestjernes kerne kollapser, vil denne forskel i rotationen skabe en intens instabilitet, der skaber en turbulens, som kanaliserer magnetfelterne til stærke rør. Denne hurtige tilpasning sætter skub i stjernernes plasma, som igen fremskynder magnetfeltets omdrejninger med intet mindre end en billiard gange (10^15). Dette vil sætte skub i den kraftige stråle af energi og masse, som skydes ud ved begge poler, og som skaber gammaglimt og hypernova.

Ifølge Mösta minder dette fænomen lidt om den måde, hvorpå stærke orkaner dannes her på Jorden. Turbulent vejr på en lille skala ender med at forme store cykloner.

Ud over at det er sejt i sig selv at studere kæmpeeksplosioner som hypernovaen, skriver forskerne i studiet også, at deres forskning kan komme til at bidrage til en forståelse af, hvordan de tungeste elementer i vores univers dannes.

Historien er blevet redigeret med hjælp fra Karsten Bomholt fra Amatørastronomisk Selskab Fyn.

Lyt på Videnskab.dk!

Hver uge laver vi digital radio, der udkommer i form af en podcast, hvor vi går i dybden med aktuelle emner fra forskningens verden. Du kan lytte til den nyeste podcast i afspilleren herunder eller via en podcast-app på din smartphone.

Har du en iPhone eller iPad, kan du finde vores podcasts i iTunes og afspille dem i Apples podcast app. Bruger du Android, kan du med fordel bruge SoundClouds app.
Du kan se alle vores podcast-artikler her eller se hele playlisten på SoundCloud