Jubiii! Utroligt normal supernova observeret
En gruppe forskere har lavet den hidtil tidligste observation af en supernovaeksplosion - som er helt normal og derfor virkelig god at generalisere ud fra.
Supernova illustration

De nye observationer er af en supernova er gjort med NASA’s Kepler-teleskop. Her en illustration af en supernova. (Foto: Shutterstuck)

De nye observationer er af en supernova er gjort med NASA’s Kepler-teleskop. Her en illustration af en supernova. (Foto: Shutterstuck)

Når astronomer retter deres store kikkerter ud mod nattehimlen, skulle man tro, at de først og fremmest krydser fingre for at se noget helt usædvanligt.

Historien kort
  • Astronomer har lavet den tidligste observation af en supernovaeksplosion nogensinde.
  • Fordi observationen er så tidlig, har de kunnet observere, hvad stjernen foretager sig, før den eksploderer. Det er aldrig gjort før.
  • Det er vigtigt at forstå supernovaer, fordi de spiller en vigtig rolle for dannelse og spredning af grundstoffer i rummet og på Jorden.

Det er dog ikke tilfældet i et nyt studie, hvor en gruppe forskere tværtimod begejstret rapporterer om at have set noget helt normalt. De har nemlig observeret den mest almindelige supernovaeksplosion, der findes – bare på et langt tidligere stadie end nogen andre før dem.

Lyset fra en supernovaeksplosion topper typisk efter to uger, men i det nye studie udgivet i Nature Physics har forskerne observeret supernovaen kun tre timer efter eksplosionen.

»Det er helt usædvanligt, at man har kunnet følge en supernovaeksplosion så tidligt i processen, og så er det oven i købet den type supernova, der er mest normal. Det er selvfølgelig mest interessant at lære noget om et fænomen, som er hyppigt og derfor vigtigere at forstå,« siger professor Johan Fynbo fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

Han har ikke deltaget i det nye studie, men synes, det er et »meget spændende stykke arbejde.«

Supernova observation tidligste

Her ses galaksen NGC 7610, som befinder sig 166 millioner lysår fra Jorden. Krydserne indikerer, hvor supernovaen blev opdaget. (Den videnskabelige artikel)

Stjernens sidste tid er mysterium

Supernovaer er spektakulære astrofysiske eksplosioner, som markerer en massiv stjernes endeligt. Når de topper, kan deres lys i dage eller uger overstråle hele den galakse, de befinder sig i.

Det er dog ikke tilnærmelsesvis tilfældet i begyndelsen af eksplosionen, hvor stjernen altså lyser meget svagt. Indtil videre er det kun lykkedes ganske få gange før at observere begyndelsen af en supernova – og aldrig så tidligt eller på den ’klassiske’ type supernova, type IIP, som i det nye studie.

»Vi ved faktisk ikke, hvad stjerner gør i deres sidste tid, før de eksploderer. Tiden op til eksplosionen er mere eller mindre et mysterium. Vi ved, at kernen til sidst kollapser, fordi stjernen har opbrugt alt sit brændstof, og det vil teoretisk set betyde, at den begynder at gøre skøre ting og ændre størrelse, men vi ved det faktisk ikke rigtig,« siger en af studiets forfattere, astrofysiker Daniel Perley.

Han var indtil for nylig ansat som postdoc på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet, men er nu rykket videre til en stilling som astrofysiker på Liverpool John Moores University.

Supernova observation tidligste

Her ses spektrene, som de respektive teleskoper opnåede af supernovaen SN 2013fs. Et spektrum viser mængden af ​​energi, der udsendes af objektet på de forskellige bølgelængder af lys. »Alle disse spektre udsender det meste af deres energi ved korte bølgelængder, hvilket indikerer, at temperaturen af ​​eksplosionen er meget høj. Det mest interessante er de brede 'bumps', især dem der er mærket 'O VI'. Disse er emissionslinier fra ioniserede atomer. De angiver, at gassen omkring den stjerne, der eksploderede, havde været opvarmet til en meget høj temperatur, høj nok til at fratage oxygenatomerne næsten alle deres elektroner - ca. 50.000 grader, hvilket er næsten 10 gange varmere end overfladen af Solen,« forklarer Daniel Perley.

100 år mellem supernovaer i Mælkevejen

Supernovaer er egentlig ikke sjældne, hvis man tænker på universet som helhed; der er bare grænser for, hvor langt væk vi med vores nuværende teknologi kan se. Hvis man kigger på vores egen del af universet, Mælkevejen, er fænomenet desuden knap så hyppigt.

Supernovaer

En supernovaeksplosion finder sted, når en stjerne kort sagt løber tør for brændstof. I en type IIP supernova, som er den type, forskerne i det nye studie har observeret, har stjernen gennemløbet alle sine fusionsprocesser. En fusion er kort sagt en grundstofforvandling.

Da det ikke længere er en fordel for stjernen at fusionere yderligere, begynder energiproduktionen i dens centrale kerne at falde.

Trykket mindskes, og tyngdekraften får på mindre end et sekund den centrale kerne til at kollapse, mens de ydre lag blæses af.

Kilde: Niels Bohr Institutet

Der går omkring 100 år imellem, at en supernova eksploderer i vores galakse.

»Det ideelle ville selvfølgelig være, hvis vi kunne se, lige idet stjernen eksploderer, men for den stjerne, vi har observeret i vores studie, ville det formentlig slet ikke kunne lade sig gøre at observere den tidligere, end vi har gjort,« forklarer Daniel Perley.

Supernovaen, med det mundrette navn SN 2013fs, befandt sig i den nærliggende galakse NGC 7610, og dens lys nåede Jorden og blev observeret 6. oktober 2013. 'Nærliggende' betyder i denne sammenhæng omkring 166 millioner lysår fra Jorden - et lysår er en længdeenhed, der betegner, hvor langt lyset bevæger sig på et år.

»Ind imellem sker der noget virkelig spændende«

For at lave de observationer, forskerne i studiet har gjort, skal man bruge lige dele utroligt avanceret udstyr, tålmodighed og en god portion held. Supernovaen blev spottet gennem projektet ’The Intermediate Palomar Transient Factory’ (iPTF), som er en fuldt automatiseret kortlægning, hvor forskerne kigger på et lille udsnit af himlen igen og igen.

»Typisk kigger man på en større del af himlen, men vi kigger på en lille del og laver gentagne målinger i løbet af natten. For det meste sker der ikke ret meget fra time til time – men ind imellem sker der så til gengæld noget virkelig spændende,« siger Daniel Perley.

Det var en af hans kollegaer, der spottede det unormale udsving i lysspektret og ringede til Daniel Perley, som straks satte himmel og hav i bevægelse for at få flest mulige data ud af det unikke lysshow. Adskillige teleskoper verden over blev rettet mod fænomenet, heriblandt Det Nordiske Optiske Teleskop, som befinder sig på La Palma (en af De Kanariske Øer) og er delvist dansk finansieret.

Supernova observation tidligste

Her er observationerne af supernovaen SN 2013fs tidsmæssigt indikeret ved de lodrette streger øverst i grafen. Læs mere om teleskoperne og instrumenterne i faktaboksen. (Fra den videnskabelige artikel)

Vidste ikke, hvad de målte

Daniel Perley og hans kollegaer kunne hurtigt se, at det var stråling – en ekstremt varm lyskilde – fra en supernova, de havde fanget.

Teleskoper og kameraer

ALFOSC-kameraet er bygget på Niels Bohr Institutet i Danmark. Det er en del af Det Nordiske Teleskop, som befinder sig på La Palma. Læs mere.

DBSP er et instrument ved Palomar 200-inch Hale Teleskopet, som er et af tre teleskoper ved Palomar Observatoriet i Californien og er ejet af The California Institute of Technology (Caltech). Læs mere.

LRIS-instrumentet er bygget på Caltech og befinder sig på Keck Observatoriet på Hawaii. Her blev de første observationer af supernovaen foretaget fra. Læs mere.

FLOYDS ved FTS-teleskopet på Siding Spring Observatoriet i Australien er et af to ens instrumenter - det andet befinder sig ved FTN-Teleskopet på Haleakala Observatoriet i USA. De udmærker sig ved at kunne operere automatisk uden en astronom tilstede. Læs mere.

»Den ultraviolette stråling brager ud som en chokbølge fra stjernens kerne i et intensivt lysglimt, som ikke varer mere end nogle timer. Vi var ret sikre på, at det var en supernova, vi havde spottet – fordi vi vidste, at den lå tilpas langt væk til at måtte være meget lysstærk, siden vi kunne se den.«

Daniel Perley og hans kollegaer vidste dog ikke præcist, hvad det var, de havde observeret, da de første, rå data tikkede ind, fortæller han.

»Til at starte med går du bare i gang med at måle, alt det du kan komme til. Du ved ikke, hvad du måler på, du ved bare, at du skal rykke hurtigt.«

Stjernen taber sig - hurtigt

Og det var netop, hvad de gjorde. Observationen vidste sig at være tidlig nok, til at forskerne havde mulighed for for første gang nogensinde at spotte materiale rundt om stjernen. De kunne dermed se, at stjernen i det sidste år af sit liv havde afgivet en masse stof, svarende til en tusindedel af Solens masse, og altså ’tabt’ sig, nøjagtig som Daniel Perley og hans kollegaer havde forventet.

»Den lyser alt materialet omkring sig op, så vi kan se, at det virkelig er rigtigt, at den begynder at opføre sig tosset og kaste en masse materiale af sig i den allersidste tid af sit liv. Det har ingen før os gjort,« siger han.

Forskerholdet får også ros for at have rykket hurtigt fra Graham M. Harper, som er astrofysiker ved University of Colorado. Han har ikke deltaget i studiet, men har læst det.

Daniel Perley og hans kollegaer har én gang tidligere i 2016 opnået lignende observationer for en anden supernova – men dengang var der tale om en usædvanlig supernova og senere observationer.

»Denne gang fik vi meget bedre observationer og supernovaen er en meget almindelig, karakteristisk en af slagsen,« siger Daniel Perley.

»De hurtige opfølgende observationer gør det muligt for forskerne at studere materialet tæt på den oprindelige stjerne. Tidssekvensen af ​​spektre er imponerende og blev igangsat ganske kort tid efter opdagelsen,« skriver Graham M. Harper i en mail til Videnskab.dk.

Kraftige linjer afslører masse

Supernovaer opdeles i to hovedkategorier, type I og II, karakteriseret ved henholdsvis mangel på eller forekomst af brintlinjer i stjernens spektrum. Et spektrum viser mængden af ​​energi, der udsendes af objektet på de forskellige bølgelængder af lys.

Det var spektrummets kraftige linjer, der afslørede, at der måtte ligge en masse materiale rundt om stjernen, forklarer Johan Fynbo. Stjernen har i sin sidste tid skudt masse fra sig med hastigheder på op til 360.000 kilometer i timen.

»Lige idet den sprænger i luften, kan man se, at lyset fra den eksploderende stjerne rammer noget stof, der ligger rundt om stjernen. Man kan se, at det er noget, den har sendt ud fra sine yderste lag i den sidste del af sin levetid, fordi det ligger meget tæt på den – i en afstand der svarer til afstanden mellem Solen og Saturn,« forklarer Johan Fynbo.

Man har altid vidst, at stjerner mister masse og skyder materiale fra sig, inden de eksploderer, men ikke at det tab ser ud til at accelerere i stjernens sidste leveår.

»På en astronomisk tidsskala er det uhyre præcist,« tilføjer den danske astrofysiker.

Samme kategori som berømt kæmpestjerne

Den eksploderende stjerne var en rød superkæmpe, en døende kæmpestjerne, med en masse på mellem 10 og 17 gange Solens.

Dværgstjerner som Solen kan leve i milliarder, fordi de ikke bruger så meget masse som de massive kæmpestjerner, som kan udsende energi flere hundrede gange Solens. Han forsker selv i røde kæmpestjerner, som den forskerne har observeret i det nye studie, og har blandt andet udgivet forskning om den berømte stjerne Betelgeuse.

Betelgeuse skulle være eksploderet i 2012 og have givet os jordboere udsigt til en ny sol. Det gjorde den som bekendt ikke, men det sker nok engang – i et tidsspænd mellem i morgen og om en million år. Læs mere om Betelgeuse i artiklen her.

Graham M. Harper bider også mærke i, at det ser ud til, at supernovaen i studiet har smidt store mængder materiale af sig, umiddelbart før den døde. Det er ifølge ham »særligt interessant«, at stjernen i året op til sin død tilsyneladende har kastet tusind gange mere materiale af sig, end Betelgeuse gør pt.

»Et problem, vi har på nuværende tidspunkt, er, at vi ikke har en klar forståelse af, hvordan røde kæmpestjerner taber masse i løbet af deres normale tilstand, eller hvorfor det skulle ændre sig pludseligt før stjernens død,« skriver han til Videnskab.dk.

Supernova observation tidligste Orion Betelgeuse

Den røde kæmpestjerne Betelgeuse ligger i stjernebilledet Orion og er her - til venstre i billedet - markeret som den klareste af stjernerne. (Foto: Shutterstock)

Klogere på Jordens grundstoffer

Supernovaen SN 2013fs er for længst borte og forduftet; forskerne får ikke mere data ud af den nu. Men der ligger alligevel meget arbejde forude med at analysere på de data, som de, takket være en målrettet indsats, nåede at hive ud af den, fortæller Daniel Perley.

»Vi fik gang i en masse teleskoper over hele verden til at observere denne begivenhed, så nu ligger den virkelige opgave i at få lavet detaljerede modeller og fortolkninger af dataene. Vi skal have snakket med endnu flere teoretikere og snakket os frem til, hvad vi præcist ser, og forstå dataene i detaljer.«

Supernovaer spiller en vigtig rolle for dannelse og spredning af grundstoffer i rummet. Hvis man gerne vil forstå, hvor grundstofferne her på Jorden kommer fra, er det supernovaer, man skal blive klogere på. Og inden for en overskuelig fremtid bliver teleskoperne så gode, at det formentlig vil være muligt at lave endnu flere observationer som denne, slutter Johan Fynbo.

»Det her er ikke en revolution, men det er et flot stykke arbejde, som viser, hvad teknologien på nuværende tidspunkt er i stand til. Det peger henimod, hvad vi kommer til at lære mere om i fremtiden.«

Flere studier på vej
Supernova observation tidligste Keck

Keck-teleskoperne skyder deres lasere afsted på en smuk, stjerneklar aften. (Foto: keckobservatory.org / Ethan Tweedie)

Ifølge Graham M. Harper vil det kræve mange andre lignende undersøgelser at finde ud af, om begivenheden er typisk eller ej. Heldigvis, tilføjer han, er der sandsynligvis mange andre lignende studier på vej, i takt med at teknologien udvikler sig hastigt.

Daniel Perley mener dog godt, at man »forsigtigt« kan begynde at generalisere ud fra de nye observationer – netop fordi der er tale om en så almindelig supernova.

Han er til gengæld også enig i, at der er mange flere lignende studier på vej. Eksempelvis, fortæller han, bliver instrumentet LRIS (The Low Resolution Imaging Spectrometer) ved Keck Observatoriet på Hawaii, hvor de første observationer blev lavet fra, 10 gange større og hurtigere ved næste opgradering.

Hej! Vi vil gerne fortælle dig lidt om os selv

Nu hvor du er nået helt herned på vores hjemmeside, er det vist på tide, at vi introducerer os.

Vi hedder Videnskab.dk, kom til verden i 2008 og er siden vokset til at blive Danmarks største videnskabsmedie med 1 million brugere om måneden.

Vores uafhængige redaktion leverer dagligt gratis forskningsnyheder og andet prisvindende indhold, der med solidt afsæt i videnskabens verden forsøger at give dig aha-oplevelser og væbne dig mod misinformation.

Vores journalister fortæller historier om både kultur, astronomi, sundhed, klima, filosofi og al anden god videnskab indimellem - i form af artikler, podcasts, YouTube-videoer og indhold på sociale medier.

Vi stiller meget høje krav til, hvordan vi finder og laver vores historier. Vi har lavet et manifest med gode råd til at finde troværdig information, og vi modtog i 2021 en fornem pris for vores guide til god, kritisk videnskabsjournalistik.

Vores redaktion gør en dyd ud af at få uafhængige forskere til at bedømme betydningen af nye studier, og alle interviewede forskere citat- og faktatjekker vores artikler før publicering.

Hvis du går rundt og undrer dig over stort eller småt, vil vi elske at høre fra dig og forsøge at give dig svar med forskernes hjælp. Send bare dit spørgsmål til vores brevkasse Spørg Videnskaben.

Vi håber, at du vil følge med i forskningens forunderlige opdagelser her på Videnskab.dk.

Få et af vores gratis nyhedsbreve sendt til din indbakke. Du kan også følge os på sociale medier: Facebook, Twitter, Instagram, YouTube eller LinkedIn.

Med venlig hilsen

Videnskab.dk

Videnskab.dk Podcast

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

Danske corona-tal

Videnskab.dk går i dybden med den seneste corona-forskning. Læs vores artikler i temaet her.

Hver dag opdaterer vi også de seneste tal.

Dyk ned i grafer om udviklingen i antal smittede, indlagte og døde i Danmark og alle andre lande.

Ny video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's videojournalister med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og læs om astronautens foto af polarlys, som du kan se herunder.