»Forbløffende« data fra stjerneeksplosion peger på fejl i teorier
Men forskerne er uenige om tolkningen af de nye data.
Supernova Kepler

Forskerne er ikke enige om, hvordan stjernesystemer ser ud, før de eksploderer som supernovaer, men her er en kunstners bud. (Illustration: NASA)

I februar måned 2018 – kun et halvt år, før NASAs berømte Kepler-teleskop takkede af efter 10 års solid tjeneste - tog teleskopet billeder af de allerførste øjeblikke af en stjerneeksplosion, en såkaldt supernova.

Sammenholdt med observationer fra andre teleskoper har det givet en helt uset nøjagtig måling af udviklingen på denne type supernova, kaldet Ia, som er særligt vigtig for forskerne. Ia’er bruges nemlig til at måle afstande i universet.

Men selvom der er tale om en enestående chance for at afprøve de fremherskende teorier om supernovadannelse, er svaret på, hvad de nye resultater viser, ikke entydigt.

I to ud af i alt tre videnskabelige artikler baseret på det samme datasæt kommer forskerne med to forskellige bud på den rigtige tolkning, hvilket ifølge astrofysiker Giorgos Leloudas er ret mystisk. Han har ikke selv deltaget i arbejdet, men har læst de tre studier for Videnskab.dk.

»Men fakta er, at de her data er forbløffende. Det er blandt de bedste data nogensinde registreret,« siger Giorgos Leloudas, som er seniorforsker ved DTU Space.

Den klareste og tætteste supernova fra Kepler

Først skal vi lige have på plads, hvad der gør den nye observation så ekstraordinær:

På det tidspunkt, hvor en supernova udsender mest lys, er den - forholdsvis - let at opfange med et teleskop. Supernovaer er spektakulære astrofysiske eksplosioner, som markerer massive stjerners endeligt. Når eksplosionerne topper, kan deres lys i dage eller uger overstråle hele den galakse, de befinder sig i.

Men i eksplosionens tidligste faser er lyset meget svagt, og det er kun indenfor de seneste par år, at teknologien er blevet avanceret nok til at opsnappe supernovaer meget tidligt i deres udvikling.

Ia-supernovaer

Supernovaer af type Ia bruges som standard-lyskilder i universet, hvilket vil sige, at man bruger dem til at måle og fastslå afstande.

Det er ikke så ligetil i et univers som vores, der udvider sig hele tiden, men det kan lade sig gøre ved hjælp af Ia-supernovaer, fordi alle supernovaer af denne type udsender den samme mængde stråling.

I 2011 vandt forskere Nobelprisen i fysik for ved hjælp af Ia-supernovaer netop at fastslå, at universet udvider sig.

Med den nyopdagede supernova, som har fået det mundrette navn ASSASSN-18bt, er det første gang nogensinde, at det er lykkedes at foretage så tidlig en observation, som samtidig befandt sig så tæt på Jorden: Ganske få timer efter eksplosionens begyndelse og 'kun' 160 millioner lysår borte.

Det lykkedes at opsnappe supernovaen takket være et teleskopnetværk ved navn All-Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN), som blandt andet Aarhus Universitet står bag. Det kan du læse mere om i boksen under artiklen.

»Det er helt fantastiske observationer,« lyder det kort og godt fra astrofysiker Johan Fynbo, som ikke har deltaget i forskningen, i en mail til Videnskab.dk. Han er professor mso på Cosmic Dawn Center, som er en del af Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

»Det er et overordentlig vigtigt resultat, da det netop er denne type supernova, man bruger til at måle universets udvidelseshistorie, inklusive evidensen for acceleration og mørk energi,« tilføjer Johan Fynbo.

Supernovaen sletter sine egne spor

Det er dog ikke bare blær, når forskerne bryster sig af at have lavet de meget tidlige observationer af ASSASSN-18bt.

Selvom astrofysikerne efterhånden ligger inde med tonsvis af supernovaobservationer, har de nemlig fortsat meget ringe ide om, hvilket udgangspunkt der forårsager netop Ia-eksplosionerne.

De ved, at Ia’er er den termonukleare eksplosion - en slags gigantisk bombe - af en meget kompakt stjerne, kaldet en hvid dværg. Hvide dværge repræsenterer slutstadiet for over 90 procent af alle stjerners udvikling, inklusive vores egen Sol. Så langt, så godt.

Men for at udløse eksplosionen af den hvide dværg, skal den have tilført materiale et andet sted fra, formentlig en ledsagerstjerne, og sagen er, at dette 'andet' er en stor ubekendt faktor i forskernes beregninger.

Så snart supernovaen eksploderer, sletter den nemlig samtidig sine egne tidligste spor.

»Selvom supernovaer af type Ia er astronomiens bedste middel til at måle afstande i universet, kender vi til dato ikke deres sande oprindelse,« siger lektor Maximilian Stritzinger fra Institut for Fysik og Astronomi ved Aarhus Universitet til Videnskab.dk.

Her ses en kunstners bud på, hvordan en supernova Ia kan se ud, hvis det oprindelige stjernesystem består af to hvide dværge.

To usandsynlige forklaringer ...

Maximilian Stritzinger er hovedforfatter på et af de nye videnskabelige studier, som er udgivet i tidsskriftet Astrophysical Journal Letters, og medforfatter på et andet, som er udgivet i Astrophysical Journal.

Han og hans del af forskergruppen argumenterer for, at de nye observationer peger i retning af, at der faktisk findes flere forskellige slags Ia’er.

ASASSN-18bts udsendte et andet type lys, end forskerne havde forventet, forklarer Maximilian Stritzinger: Da supernovaen eksploderede, voksede dens lysstyrke først lineært, for derefter at vokse eksponentielt.

»Det var ikke det, vi havde forventet. Vi havde regnet med, at den ville vokse eksponentielt helt fra start. Det gjorde den først efter fire dage,« siger han.

Sammen med blandt andre astrofysiker Ben Shappee fra University of Hawaii argumenterer Maximilian Stritzinger for, at ASSASSN-18bt er en type supernova, der:

  1. Enten er skabt af en betydelig mængde radioaktivt materiale, der blandede sig fra midten af stjernen til yderlagene og forårsagede en eksplosion.
  2. Eller havde en ledsagerstjerne, som røg i luften takket være en hulens masse helium på dens overflade – og tog den hvide dværg med sig i samme hug. Denne forklaring kaldes ’dobbelt-detonerings-scenariet’.

Begge forklaringer har forskerne hidtil regnet for yderst usandsynlige. Og det er da heller ikke den samme forklaring, man får, hvis man kigger på det tredje videnskabelige studie.

... eller en tredje, mere klassisk tolkning

Forskerne bag det tredje studie argumenterer nemlig for, at dataene i højere grad bakker op om en mere traditionel teori for dannelsen af Ia’er:

I studiet, som også er udgivet i Astrophysical Journal Letters, skriver forskergruppen, at ASSASSN-18bt formentlig har haft en 'almindelig' stjerne, og altså ikke en hvid dværg, at stjæle stof fra, inden den eksploderede.

Det strider ikke imod ideen om, at der kan findes flere typer Ia’er, men det giver en anden forklaring af netop denne Ias mærkelige opførsel, skriver de.

Keplers eftermæle

Kepler-rumteleskopet er et NASA-rumteleskop, som i perioden fra år 2009 til 2018 blev anvendt til at lede efter planeter, som ligner vores egen jord, men kredser om en anden stjerne end Solen.

»Kepler vil først og fremmest blive husket for at have lært os, at der findes så mange planeter, der kredser om andre stjerner,« siger Giorgos Leloudas.

Og netop denne forklaring var faktisk den oprindelige antagelse, da supernovaen i februar måned blev opdaget og bredt kendt i astrosamfundet, forklarer Giorgos Leloudas, som har læst de tre studier for Videnskab.dk.

Men, fortsætter han, i takt med, at dataene blev behandlet, er forskerne altså tilsyneladende landet på forskellige konklusioner.

»Shappee og Stritzinger er endt med at argumentere imod denne forklaring. De mener, at detaljerne i lysudviklingen passer bedre med deres alternative model. Jeg ved ikke helt, hvad jeg skal tro, for jeg har ikke siddet og nørdet med detaljerede modeller, som de har, men det er lidt af en gåde for mig, at de kan nå frem til noget forskelligt,« siger han.

Eksisterende modeller er utilstrækkelige

Giorgos Leloudas er umiddelbart mest tilbøjelig til at hælde til Stritzingers og Shappees forklaring, eftersom de har gjort sig den ulejlighed at sammenholde observationerne af ASSASSN-18bt med en lang række tidligere supernova-observationer af typen Ia, forklarer han.

Godt nok findes der ikke andre observationer, som er så tæt på Jorden og samtidig så klare, men Giorgos Leloudas mener, at de argumenterer fint for, at der findes flere slags Ia’er på baggrund af den tilgængelige viden på nuværende tidspunkt.

Og selvom de to forskergrupper hælder til forskellige forklaringer på ASASSN-18bts mærkelige opførsel, er de i bund og grund enige om essensen, fortæller Maximilian Stritzinger:

De eksisterende modeller er utilstrækkelige.

»Der findes i virkeligheden en række forskellige forklaringer på vores observationer. Det eneste, der er helt sikkert, er, at vi skal tilbage til tegnebrættet og kigge lidt nærmere på de eksisterende modeller, for der er noget, der ikke stemmer.«

TESS er klar til at tage over fra Kepler

Og selvom man umiddelbart kunne fristes til at tro, at afskeden med Kepler samtidig betød, at vi aldrig kommer til at se så fine observationer som den af ASASSN-18bt igen, er det langt fra tilfældet.

Keplers efterfølger, rumteleskopet TESS, er nemlig allerede i fuld vigør, og de første resultater er netop begyndt at strømme ind. Nu skal forskerne til at kigge på TESS’ data og lede efter flere tidlige supernovaeksplosioner.

Jo flere observationer, jo bedre kan modellerne tilpasses og forhåbentlig en dag give os et mere endeligt svar på, hvad der udløser den vigtigste supernovaeksplosion i universet.

»Det vigtigste er, at vi går meget forsigtigt til analyserne af denne type data, så vi ikke får lagt os fast på en forklaring, som ikke er korrekt. Det kan være meget svært at komme af med forkerte teorier igen,« slutter Maximilian Stritzinger.

Sådan blev de nye observationer lavet
Supernova Kepler

Den data, Kepler har genereret, vil kunne bruges af forskerne i mange år fremover. (Illustration: NASA/Wendy Stenzel/Daniel Rutter)

I sin levetid observerede Kepler konstant ét enkelt stykke af himlen og tog billeder af høj kvalitet hvert 30. minut.

Det er denne meget høje tidsopløsning, der har gjort det muligt for forskerne at observere de tidligste timer af af supernovaeksplosionen, som har fået det mundrette navn ASSASSN-18bt.

Det var dog ikke Kepler selv, men teleskopnetværket ASAS-SN, som oprindeligt opdagede eksplosionen. ASAS-SN står for All-Sky Automated Survey for Supernovae og er et program, som fotograferer hele himlen dagligt for at finde nye supernovaer.

Forskerne vidste heldigvis, at Kepler-teleskopet netop på det tidspunkt var i færd med at tage billeder af lige nøjagtigt det udsnit af himlen, som supernovaen befandt sig i.

Kombinationen af flere forskellige teleskoper har givet de ekstraordinært flotte, nye observationer.

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.