'Umuligt': Stjerne bliver ved med at eksplodere
»Efter to år måtte vi til sidst bare slå opgivende ud med armene.«
Supernova stjerne eksplosion

Hvor mange gange kan en stjerne dø? (Illustration: ESO/M. Kornmesser)

Hvor mange gange kan en stjerne dø? (Illustration: ESO/M. Kornmesser)

Når en stor, tung stjerne har opbrugt alt sit brændstof, eksploderer den i en gigantisk supernovaeksplosion, som for en kort stund overstråler hele den galakse, den befinder sig i. Dernæst falder kernen sammen til en neutronstjerne eller et sort hul. Stjernen er med andre ord død.

Men i en galakse, som ligger omkring 500 millioner lysår fra Jorden, befinder sig en stjerne, som tilsyneladende nægter at affinde sig med sit endeligt. Siden den første gang blev observeret i 2014, er den eksploderet intet mindre end fem gange.

Noget tyder endda på, at stjernen begyndte at eksplodere meget før da – muligvis allerede i år 1954.

»Jeg kan ikke udpege et enkelt øjeblik, hvor det gik op for os, at der var noget helt besynderligt ved den her stjerne. Dens opførsel har stået på i så lang tid, hvor den bare er blevet mærkeligere og mærkeligere. Dens opførsel virker helt umulig,« siger Daniel Perley, astrofysiker ved Liverpool John Moores University og en af forfatterne på et nyt studie i tidsskriftet Nature om supernovaen.

Supernova-typer

Der findes overordnet to forskellige typer af supernovaer:

Den ene type starter som en hvid dværgstjerne, der roterer om en anden stjerne. Den kaldes type I.

Den anden type starter som en stjerne, der har over 7-8 gange Solens masse. Den kaldes type II.

Supernovaen, der ikke vil forsvinde

På den ene side ser iPTF14hls fuldstændig normal ud i sit elektromagnetiske spektrum – det vil sige den stråling, den udsender i forskellige bølgelængder – og i dén henseende ligner den fuldstændig en almindelig type II-supernova, som stammer fra en særlig type stjerner ved navn røde superkæmper (læs mere i boksen).

På den anden side opfører iPTF14hls sig helt anderledes end en ’normal’ type II-supernova:

  • Typisk varer en type II-supernova 100 dage. iPTF14hls har varet alt for lang tid, selv hvis den først begyndte at eksplodere, da forskerne opdagede den: Omkring 600 dage.
  • Hvis iPTF14hls var en almindelig type II-supernova, ville den være gået op i lysstyrke en enkelt gang for derefter at blegne hurtigt, nemlig idet stjernen kollapsede under sin egen vægt og kastede gas ud i universet i én voldsom chokbølge. I stedet er den gået op og ned i lysstyrke igen og igen.

På en eller anden måde er det altså lykkedes denne stjerne at eksplodere med en lysstyrke, der fuldstændig svarer til en normal supernovaeksplosion – og overleve. Adskillige gange.

Denne supernova bryder med alt, vi troede, vi vidste om, hvordan supernovaer fungerer. Det er den største gåde, jeg har oplevet i næsten et årtis studier af stjerneeksplosioner.

Hovedforfatter på studiet Iair Arcavi, Las Cumbres Observatory og the University of California, Santa Barbara i USA

»Vi taler dybest set om en supernova, som ikke vil forsvinde. Lysstyrken og spektret får det til at ligne en helt normal supernova, men den bliver ved med at komme igen, og det burde ikke ske,« siger Daniel Perley, som udførte sin del af arbejdet, mens han var postdoc ved Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet.

Forskerne kan kun få stjernens opførsel til at passe tilnærmelsesvis med én teori. Den kan du læse mere om i boksen under artiklen.

supernova stjerne eksplosion

Her er supernovaens fem 'peaks' illustreret. Observationen starter midt i det første peak, mens det fjerde er afbrudt af, at supernovaens galakse befandt sig bag Solen set fra Jorden. (Illustration: LCO/S. Wilkinson)

Kræver en helt utroligt mængde energi

I første omgang troede forskerne bare, at der var tale om en helt almindelig supernova, som er en sjælden observation, men alligevel efterhånden er blevet observeret mange gange. Type II-supernovaer er tilmed den mest almindelige type supernova.

Røde kæmper

En rød superkæmpe er en døende kæmpestjerne, der i sin slutfase svulmer op til 100 gange Solens diameter for til sidst at eksplodere i en supernovaeksplosion. 

Eksplosionen var nøjagtig så klar og lysende, som man ville forvente, at en tung stjernes endeligt ville være; men da den lyste for anden gang, var det med nøjagtig lige så voldsom kraft som første gang. Det samme var tilfældet tredje, fjerde og femte gang. Og det er her, det bliver rigtig svært for forskerne at finde hoved og hale i sagerne.

»Eksplosionerne, der leder op til den endelige eksplosion, bør ikke være så klare og lysende som den sidste, som det ser ud til at være tilfældet med denne stjerne. Det kræver en helt utrolig mængde energi,« siger Daniel Perley.

supernova stjerne eksplosion

Et billede af supernovaen iPTF14hls, som er taget med Nordisk Optisk Teleskop på La Palma, som blandt andet Giorgos Leloudas har brugt i sit arbejde. (Foto: NOT, Stockholm University)

»Vi har aldrig set noget lignende«

Som om det ikke allerede var mystisk nok, kunne astrofysikerne desuden konstatere, at selvsamme stjerne med stor sandsynlighed er eksploderet før. Arkivdata afslørede, at en eksplosion fandt sted på nøjagtig samme placering på himlen i 1954.

Supernovaer

En supernovaeksplosion finder sted, når en stjerne løber tør for brændstof. I en type II-supernova 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. Medmindre der er tale om iPTF14hls, som altså bliver ved og ved med at eksplodere.

Kilde: Niels Bohr Institutet

»Vi har aldrig set noget lignende. Det er ret sindssygt, hvis den har været i gang i så lang tid, både fordi den opfører sig så usædvanligt, og fordi den frigiver så utroligt meget energi,« siger Giorgos Leloudas, som er adjunkt ved Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet og en af de øvrige forfattere på studiet.

Sagen er den, at det ikke er fuldstændig uhørt, at en tung stjerne laver mindre eksplosioner, når den nærmer sig sit endeligt. Det er ikke ligefrem normalt, men heller ikke uladsiggørligt, forklarer Daniel Perley.

»Da jeg første gang blev præsenteret for den, var den begyndt at lyse op igen for anden gang, og da var det allerede meget mærkeligt. Men der fandtes alligevel flere modeller, som kunne forklare det, så vi tænkte ikke så meget mere over det. Da den tre måneder senere stadig var i gang, begyndte det at blive virkelig interessant, men dog stadig ikke umuligt. Men så blev den ved og ved med at komme tilbage,« siger han.

»Efter to år måtte vi til sidst bare slå opgivende ud med armene og sige: Så er det teoretikernes tur.«

Kan ikke forklares med eksisterende modeller

Det er ikke første gang, at man ser udladninger fra meget massive stjerner, der altså taber masse, i årene op til deres endelige eksplosion.

Men de mange og voldsomme udsving i lys og stråling fra iPTF14hls antyder, at der findes en langt mere effektiv mekanisme for massetab, end dem vi kender på nuværende tidspunkt, lyder det fra lektor Maximilian Stritzinger fra Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet. Han forsker selv i supernovaer og har læst, men ikke deltaget i, det nye studie.

»Der er tale om et finurligt tilfælde, som ikke kan forklares med de eksisterende modeller af, hvordan stjerner eksploderer,« skriver han i en mail til Videnskab.dk.

Nye åbenbaringer som denne minder os om, at Moder Natur har en langt mere farverig fantasi end mennesker.

Lektor Maximilian Stritzinger, Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet

iPTF14hls er et godt eksempel på de mange ubesvarede spørgsmål, der i det hele taget består omkring fysikken bag massetab i meget massive stjerner, lyder det videre fra Maximilian Stritzinger.

  • Hvorfor er stjernens lysudsving eksempelvis så voldsomme? De enkelte supernovaer, man tidligere har observeret lave udbrud op til den endelige eksplosion, har givet langt svagere udsving fra sig, påpeger han.
  • Og hvad er energikilden? Hvis en ‘normal’ supernova skulle afgive lys i så lang tid, ville det kræve et sammenspil mellem det udvidende materiale fra selve supernovaen og fra det materiale, som stjernen udsendte, før den eksploderede. Der er ingen beviser for en sådan interaktion.

supernova stjerne eksplosion

Sådan foregår en stjernes liv. (Illustration: Charlotte Price Persson)

Nu er stjernen (måske) død

130 solmasser (= pænt stor)

I det nye studie gætter forskerne på, at den stædige stjerne må have en masse på omkring 95 til 130 gange Solens – i hvert fald hvis den skal følge den eneste teori, som forskerne på nuværende tidspunkt kan få til at passe med dele af dens opførsel.

Den teori kan du læse mere om i boksen under artiklen.

Det er svært at vide, hvor længe iPTF14hls har været i gang med at trodse teorierne.

Astrofysikerne opdagede den i september 2014 fra The Intermediate Palomar Transient Factory (iPTF), som med deres ’wide-field camera survey’ udfører brede monitoreringer af nattehimlen med netop det formål at opdage nye fænomener.

Men de har ingen data fra iPTF14hls’ område på himlen i perioden fra 28. maj til 22. september.

Til gengæld mener forskerne at kunne se, at den stædige stjerne nu endelig er ved at være nået sit endeligt. Sådan ser det i hvert fald ud i det elektromagnetiske spektrum, hvor den langt om længe er begyndt at blegne. Men hvem ved, om iPTF14hls tager fusen på forskerne igen?

Daniel Perley vil i hvert fald ikke lægge hovedet på blokken:

»Det ser ud til, at den er ved at forsvinde nu. Men den kan godt komme tilbage igen, det er ikke umuligt.«

Første eksempel på en dinosaur-supernova
supernova stjerne eksplosion

Den eneste teori, der passer bare nogenlunde til supernovaen, er samtidig helt ude i skoven. (Illustration: Shutterstock)

Supernovaen iPTF14hls er muligvis det første eksempel på en 'Pulserende Parret Ustabil Supernova' – eller på engelsk: 'Pulsational Pair Instability Supernova'.

Ifølge denne teori kan nogle meget massive stjerner blive så ekstremt varme i deres kerne, at energi omdannes til stof og antistof. Dette ville forårsage en eksplosion, som blæser stjernens yderste lag væk og efterlader kernen intakt; en proces, som kan gentages i årtier, før den store finale hvor stjernen kollapser til et sort hul.

Men denne forklaring er alligevel ikke helt tilstrækkelig, når det kommer til iPTF14hls:

Sådanne eksplosioner forventes nemlig kun at blive observeret i det meget tidlige univers og burde på nuværende tidspunkt være uddøde. At være vidne til en sådan eksplosion i dag er lige så usandsynligt som at observere en levende dinosaur på Jorden.

Derudover frigiver supernovaen langt mere energi, end den burde ifølge teorien. Derfor er der meget, der taler for, at iPTF14hls er et helt nyt fænomen.

Kilde: Giorgos Leloudas og pressemeddelelsen fra Niels Bohr Institutet

... Eller følg os på Facebook, Twitter eller Instagram.

Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.


Videnskab.dk Podcast

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


Ugens videnskabsbillede

Se flere forskningsfotos på Instagram, og her kan du læse mere om billedet herunder, der viser tegn på en planets fødsel. Det gule knæk i midten menes at være stedet, hvor planeten er under dannelse.