Hvordan overlever man en supernova?
ANALYSE: Verden kunne ende med et brag, men supernovaeksplosioner er alligevel ikke noget, man bør bekymre sig om i sin hverdag.
supernova eksplosion krabbetågen NASA astronomi

Den måske mest berømte supernova er Krabbetågen, der blev observeret for snart 1.000 år siden af kinesiske astronomer. (Foto: NASA, ESA, J. Hester, A. Loll (ASU))

For omkring 2,5 millioner år siden dukkede en ny stjerne op på himlen. Dengang var der ingen mennesker, men måske har vore fjerne forfædre, hominiderne i Afrika, set den og undret sig.

Det første, de så, har været en strålende blå stjerne, som i de følgende dage blev mere og mere lysstærk. Til sidst lyste stjernen så meget, at den kunne kaste skygger og forvandle en mørk tropenat til tusmørke. Den har på sit højdepunkt lyst måske så klart som fuldmånen og har let kunnet ses, selv om dagen.

Som tiden gik, blev stjernen langsomt svagere, og efter måske et år var den forsvundet, så stjernehimlen igen så ud som før. Herefter blev hele episoden glemt i de næste par millioner år, indtil historien bogstavelig talt blev gravet frem fra havets bund. 

Det umulige Jern

I 1997 fandt tyske forskere spor af Jern-60  i prøver hentet op fra bunden af Stillehavet. Det var en meget uventet opdagelse, for Jern-60 er en radioaktiv isotop af Jern med en halveringstid på bare 2,6 millioner år.

Om artiklens forfattere

Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.

I snart 40 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.

De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.

Sammenlignet med Jordens alder på 4,6 milliarder år er det en meget kort halveringstid, så det er helt sikkert, at det Jern-60, man fandt, ikke havde været der, siden Jordens dannelse – det måtte være kommet til meget senere, inden for de sidste få millioner år.

På den anden side ved vi, at supernovaer producerer ret store mængder af jern-60, så den mest nærliggende forklaring var, at den radioaktive Jern-isotop var kommet til Jorden i forbindelse med et supernovaudbrud.

Næste skridt var så at bestemme alderen af de aflejringer, hvor der blev fundet Jern-60. De nyeste målinger tyder på en alder mellem 2,5 og 2,6 millioner år, og mængden af Jern-60 tyder på, at jernet stammer fra en supernova med en afstand på mellem 150 og 300 lysår.

Et smukt, men farligt syn

Lad os vende tilbage til den gamle supernova, der oplyste himlen for vore fjerne forfædre. Det har været et helt imponerede syn – en helt ny stjerne, som både kunne oplyse den mørke nat og med lethed også ses om dagen.

supernova eksplosion lys stråling NASA ESA astronomi

En supernova kan lyse så stærkt som en hel galakse… (NASA/ESA)

Men det har også været et farligt syn, for en supernova udsender ikke bare almindeligt lys som vor egen Sol. Meget af strålingen har været ultraviolet lys med en styrke, der direkte kunne nedbryde ozon, men der kom også gang i kemiske processer i atmosfæren, som nedbrød ozonlaget.

Kvælstofmolekyler blev splittet ad, så der nu kom store mængder af frie kvælstofatomer, som straks reagerede med ilten og dannede kemiske forbindelser som N2O og NO. Ozon kan reagere med NO og danne almindelig ilt.

At være nær en supernova og samtidig få ødelagt ozonlaget, må have haft en indflydelse på livet her på Jorden. Der er dog ikke fundet spor af en masseuddøen for 2-3 millioner år siden, selv om der naturligvis er arter, der er forsvundet på denne tid. 

Kosmisk stråling ændrer leveforhold

Men lyset var såmænd det mindste problem, for en supernova udsender meget andet end lys. Der kommer også en meget stærk partikelstråling i form af atomkerner, der slynges bort fra supernovaen med hastigheder nær lysets, og som modtages her på Jorden i form af en øget kosmisk stråling.

At blive udsat for en stærkt forøget kosmisk stråling i måske flere år kan godt give problemer. Den mest energirige kosmiske stråling kan Jordens magnetfelt ikke beskytte mod. De atomare partikler ryger lige ned i atmosfæren, hvor de støder sammen med luftens molekyler.

partikelstråling supernova Jorden NASA astronomi

Partikelstråling fra supernovaen kan udgøre en stor fare for livet på Jorden. Her ses partiklerne træde ind i Jordens atmosfære. (Simon Swordy, University of Chicago, NASA)

Mange sammenstød finder sted ret langt nede i atmosfæren, i en højde på lidt over 10 km. Der sker mange, for en fysiker, interessante ting - et af resultaterne er produktion af myoner, som er en slags tunge elektroner.

Antallet af myoner, som er nået helt ned til Jordens overflade er blevet voldsomt forøget, og det har sandsynligvis forhøjet kræftrisikoen for levende væsner og haft andre uheldige virkninger.

En virkning kan have været, at den stærke ionisering af Jordens atmosfære har ført til ekstra mange lyn, som så kan have antændt skove og dermed ændret leveforholdene for blandt andre vore fjerne forfædre, som jo har levet i skovene.

Lidt om supernovaer

Vi var meget heldige dengang, for supernovaen var helt klart ikke tæt nok på Jorden til at forvolde alvorlig skade.

Men at vi overhovedet kan overleve en supernovaeksplosion godt 200 lysår borte skyldes, at vi kun bliver direkte påvirket af en meget lille del af den energi, der frigøres ved eksplosionen.

  • En supernova opstår, når de centrale dele af en meget stor stjerne kollapser til enten en neutronstjerne eller et sort hul.
  • Kollapset finder sted, når stjernen ikke længere selv er i stand til at producere energi ved hjælp af kerneprocesser.
  • Tyngdekraften får så stjernen til at kollapse på få sekunder. Da tyngdekræfterne inde i stjernen er umådelig stærke, så ender det med, at det meste af stjernen falder ind mod centret med en fart på måske 20 procent af lysets hastighed.

Ved kollapset frigøres en ufattelig mængde energi, næsten udelukkende i form af neutrinoer. Man har beregnet energien til omkring 1046 Joule. Med Solens nuværende udstråling vil det tage 800 milliarder år, eller 60 gange universets alder, at producere så meget energi.

Neutrinoer styrer eksplosionen

De allerfleste neutrinoer farer bare lige gennem stjernen og ud i rummet, hvor de danner en meget kortvarig men voldsom neutrinostorm, der spreder sig ud i Mælkevejen med lysets hastighed. Neutrinoerne bortfører på denne måde 99 procent af den energi, som frigøres ved kollapset, og øger i en kort tid neutrinoproduktionen i hele universet med et par procent.

En ganske lille brøkdel af neutrinoerne slipper dog ikke bare ud. De kolliderer med stoffet i stjernen, hvor de skaber meget varme gasbobler. Disse gasbobler er medvirkende til, at en stor del af stjernens stof nu slynges tilbage, så det farer ud i rummet med en fart på mange tusinde kilometer i sekundet.

Den amerikanske lærebog 'Universe' har understreget neutrinoernes betydning ved at beskrive en supernova som »A gravity-powered neutrino explosion«. Det er en kort, men meget rammende beskrivelse.

Supernovaens slutresultat

Det er ellers ikke hverdag at opleve, at neutrinoer på den måde tager del i astrofysiske processer. Neutrinoer vekselvirker så lidt med almindeligt stof, at de kan passere tværs gennem Jorden, som om den ikke var der.

Det tager strålingen fra Solen mange tusinde år at komme fra centret, hvor den produceres, og ud til overfladen. Derimod ryger neutrinoer på ganske få sekunder direkte fra Solens centrum og ud i rummet.

Men i en supernova er der så tæt en ophobning af neutrinoer, at selv om de allerfleste bare ryger direkte ud i rummet, så er der rigeligt tilbage til at slynge utallige trillioner tons stof ud i rummet.

Men takket være neutrinoerne så bliver slutresultatet, at supernovaen består af en neutronstjerne eller et sort hul, der er omgivet af en stadig voksende sky af meget varm gas. 

supernova eksplosion 1993J sort hul neutronstjerne

En kunsters fortolkning af supernovaen 1993J, hvis lys nåede Jorden for snart 25 år siden. Billedet illustrerer, at en supernova begynder sit liv som en neutronstjerne/sort hul i midten, omgivet af en sky af gasser som er blevet slynget bort under eksplosionen. (NASAESA, and G. Bacon (STScI))

Derfor overlevede vi

Den blå stjerne, som dukkede op på himlen i fortiden, var i virkeligheden resterne af stjernen, som nu var forvandlet til en sky af meget varm gas. Da gasskyen hele tiden blev større, kunne den udsende stadigt mere lys, så derfor voksede lysstyrken voldsomt i de første dage.

Som dagene gik, blev skyen koldere, og det fik udstrålingen til at falde. Men afkølingen tager tid, fordi skyen, selv længe efter selve udbruddet, tilføres energi fra henfald af nogle af de radioaktive stoffer, der blev dannet ved selve eksplosionen.

Ser man på skyens masse og hastighed, regner man med, at dannelsen af skyen kræver 1044 Joule, eller kun omkring 1 procent af den samlede energi, der frigøres ved eksplosionen. Da næsten al denne energi findes i form af kinetisk energi af gassen, så påvirker den ikke Jorden.

En supernova kunne udslette os

Det, vi mærker, er strålingen fra de meget varme gasser. Noget er almindeligt lys, men der udsendes, som tidligere nævnt, også en meget kraftig ultraviolet stråling og røntgenstråling. Hertil kommer en intens partikelstråling.

Skyen vil udsende stærk stråling i mange uger, dels fordi det tager tid at køle den af, og dels fordi den opvarmes af henfald af radioaktive stoffer, som er dannet ved selve udbruddet.

Strålingen har en samlet energi på 1042 Joule eller kun 1/10.000 af den samlede energiproduktion.

Alligevel er den meget lille brøkdel af supernovaens energi, der omsættes til synligt lys, nok til at få den til i en kort tid at lyse lige så stærkt som alle Mælkevejens 200 milliarder stjerner tilsammen.

Sagt kort, så har vore forfædre overlevet supernovaen af tre grunde:

  • Kun 0,01 procent af supernovaens energi har direkte kunnet påvirke Jorden
  • Vi har ikke modtaget al energien på én gang men over en periode på flere måneder
  • Supernovaen har nok været tæt på, men alligevel et stykke uden for den sikkerhedsafstand, vi regner med i dag på mellem 50 og 100 lysår. En supernova nærmere end denne afstand vil skabe masseuddøen af livet.

Hold Afstand

Det er klart, at hvis vi bare skal nyde synet af en supernova, så skal den være langt borte. Kommer den for tæt på, så er der en stor risiko for masseuddøen af liv på Jorden.

Heldigvis har vi ikke nogen kandidater inden for sikkerhedsgrænsen. Her kan du imidlertid se en liste over samtlige kendte supernovakadidater i Solens omegn

Der er kun en af disse stjerner, som er tæt på sikkerhedsgrænsen, og det er nok også en stjerne, de færreste har hørt om. Den hedder IK Pegasi og befinder sig bare 150 lysår borte – man kan endda under gunstige forhold se den med det blotte øje i stjernebilledet Pegasus.

supernova eksplosion lys stråling NASA ESA astronomi

I 1987 observerede man den første klare supernova i næsten 400 år. Den befandt sig i den store Magellanske sky, en satellitgalakse 163.000 lysår fra vor egen Mælkevej. Så eksplosionen er faktisk sket for 163.000 år siden – i alle de mange år har lyset været undervejs herned. Billedet viser, hvordan den udslyngede gas fra supernovaen er kollideret med andre gasskyer og dannet den fantastiske 'perlering'. (Foto: NASAESA, P. Challis and R. Kirshner (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics))

På vej mod sidste fase

IK Pegasi er en dobbeltstjerne. Den ene stjerne (A) er en ret stor stjerne med en masse på 1,7 gange Solens masse, og den anden (B) en hvid dværg på størrelse med Jorden.

A-stjernen er nok større end Solen, men slet ikke stor nok til at blive en klassisk supernova. Dertil kræves en masse på mindst otte gange Solens masse. Den pulserer en smule, hvilket er et tegn på at stjernen ikke er helt ung, og den er nu på vej mod næste fase af sit liv, hvor den vil svulme op til at blive en rød kæmpestjerne.

Det er alt sammen såre normalt, men den lille B-stjerne kredser om den store A-stjerne i en afstand på kun 30 millioner km, hvilket er tættere end Merkur er på Solen.

Hvid dværg kollapser i supernovaeksplosion

Man har målt dens masse, og den er ret høj for en hvid dværgstjerne, nemlig omkring 1,1 – 1,2 solmasser.

Det er tæt på den såkaldte Chandrasekhars grænse på 1,4 solmasser for, hvor tung en hvid dværg kan være, før den kollapser i en enorm supernovaeksplosion.

På et eller andet tidspunkt svulmer A-stjernen op, så B-stjernen kommer inden for A-stjernes oppustede atmosfære. Gradvist vil utallige trillioner af gas finde vej fra A-stjernen til B-stjernen, som til sidst overskrider Chandrasekhars grænse, hvorpå den kollapser og ender som en supernova. 

Det var den dårlige nyhed. Den gode nyhed er, at der godt kan gå en million år eller mere, før dette indtræffer -det kan dog også ske hurtigere. Men går der en million år, så har IK Pegasi flyttet sig 60 lysår længere væk fra Solen. 

IK Pegasi supernova NASA Chandra X-ray center

Vores nærmeste supernova-kandidat IK Pegasi. (Foto: Chandra X-ray Center, NASA)

Ingen grund til bekymring

Det er næsten mere spændende at håbe på, at Betelgeuse i stjernebilledet Orion bliver den næste supernova, vi kommer til at opleve. Med en afstand på over godt 600 lysår vil Betelgeuse som supernova bare blive et fantastisk syn, som ikke vil udgøre nogen fare.

Men så er der jo Spica i Jomfruen kun 250 lysår borte…

I det hele taget er supernovaer ikke noget, vi skal gå og bekymre os om. Der eksploderer en supernova i Mælkevejen cirka en gang hvert århundrede. Det er således en sjælden begivenhed, og sandsynligheden, for at vi nogensinde vil opleve en eksplosion inden for sikkerhedsafstanden, er forsvindende lille.

Bagsiden af kuverten

Blandt fysikere er der noget, der kaldes 'back of the envelope' - det er beregninger, hvor man bare søger at give et overslag, måske på en løs lap papir. Lad os gennemføre en sådan beregning for vor gamle supernova:

Med en afstand på 200 lysår er strålingen spredt ud over en kugleskal med et areal på cirka 5∙1037 m2.

Da der i alt skal passere 1042 Joule gennem denne skal, kommer der gennem hver kvadratmeter en energi på 20.000 Joule i løbet af de uger eller måneder, vi modtager stråling fra supernovaen.

Midlertidigt farvel til bemandet rumflyvning

Det er godt, at vi ikke modtager denne energi på én gang. For hvis vi fik energien på et sekund, så ville hver kvadratmeter på Jorden modtage omkring 15 gange mere energi, end vi får fra Solen. På et sekund leverer Solen nemlig kun omkring 1.400 Joule til en kvadratmeter på Jorden.

Men hvis energien tilføres over tilpas lang tid, så bliver problemet meget mindre. Det ændrer dog ikke ved den kendsgerning, at vi modtager energien på en meget ubehagelig form, især i form af partikelstråling og ultraviolet lys.

Hvis vi i dag oplevede et supernovaudbrud inden for et par hundrede lysår, så ville partikelstrålingen ret sikkert sætte en stopper for i hvert fald den bemandede rumflyvning i flere år.

Videnskab.dk Podcast

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