’Afpillede’ stjerner forklarer mystiske supernovaeksplosioner

Det er en dramatisk omgang, når en tung stjerne dør. Stjernens liv ender i en kæmpemæssig eksplosion, som kaldes en supernova.

Normalt lyser en supernovaeksplosion kraftigt op i rummet i op til flere måneder, men i de senere år har forskerne opdaget, at visse supernovaer kun lyser ganske svagt og i langt kortere tid.

Det har vakt stor undren blandt forskerne, men nu har den danske astrofysiker Thomas Tauris fundet frem til en videnskabelig forklaring på det mystiske fænomen.

»Det har været lidt af et mysterium, hvorfor man så de her svage supernovaer. Men nu har vi en teoretisk model, som kan forklare, hvorfor de forekommer,« siger astrofysiker Thomas Tauris, som er gæsteprofessor ved det astronomiske institut ved Universitetet i Bonn, Tyskland.

Han er hovedforfatter på den nye undersøgelse, som publiceres i det videnskabelige tidsskrift The Astrophysical Journal Letters.

Stjernen skrælles som en appelsin

For at forstå de svagtlysende supernovaer, skal vi skrue tiden tilbage til før selve supernovaeksplosionen.

Her var den stjerne, som ender med at eksplodere, nemlig i kredsløb med en såkaldt neutronstjerne – en stjerne, som allerede har været igennem en supernovaeksplosion.

De to himmel-objekter kredsede, ifølge den nye undersøgelse, så tæt rundt om hinanden, at neutronstjernen til sidst skrællede de yderste lag af sin nabostjerne.

»Man kan forklare det sådan, at neutronstjernen kommer ind og skræller de ydre lag af den anden stjerne, ligesom man skræller en appelsin,« fortæller Thomas Tauris.

Meget mindre kastes ud ved en 'afpillet' eksplosion

Den stjerne, der ender med at eksplodere ved denne særlige type supernovaeksplosion, er altså tidligere i livet blevet afpillet helt ind til sin inderste kerne af en neutronstjerne, lyder det i den nye undersøgelse.

Men hvordan hænger det sammen med det svage og kortvarige lys, som er karakteristisk for denne type supernovaer?

Thomas Tauris forklarer, at ved en supernovaeksplosion kollapser den indre del af en stjerne, mens den ydre del kastes ud i rummet.

Det materiale, som flyver ud i rummet ved eksplosionen, vejer normalt det samme som 5-10 gange Solens vægt (masse), hvilket fysikerne betegner som 5-10 solmasser.

Men hvis en stjerne først er blevet helt ’afskrællet’ af en neutronstjerne, vil der ifølge de nye computerberegninger kun blive kastet 0.05-0.20 solmasser ud ved supernovaeksplosionen.

Derfor lyser supernovaen så svagt

Dermed vil der altså blive sendt meget mindre materiale ud i rummet end ved en almindelig supernovaeksplosion – herunder mindre mængder af de gasser, som normalt lyser op i rummet efter en supernovaeksplosion.

»Noget af det materiale, som ryger ud i rummet ved en supernovaeksplosion, henfalder radioaktivt. Det giver en masse lys, og det er grunden til, at vi overhovedet kan få øje på supernovaer i fjerne galakser,« siger Thomas Tauris.

Kort sagt er de gasser, som under normale omstændigheder ville have lyst op i rummet efter en supernovaeksplosion, altså allerede blevet skrællet væk fra stjernen, når den eksploderer.

»Der bliver kun kastet en lille smule materiale bort, men det er lige netop nok til, at man kan observere supernovaeksplosionen. Men lyset er meget svagt, og det henfalder hurtigt.«

»Det vil sige, at den lyskurve, vi kan observere, ikke er særlig stærk, og den forsvinder allerede i løbet af en uges tid efter eksplosionen. Normalt ser man måske lyset i op til et par måneder,« siger Thomas Tauris.

Mange forskellige typer supernovaer

Der findes en række forskellige typer af supernovaer. Den type, som er kommet under luppen i den nye undersøgelse, er svagtlysende udgaver af en type, som astronomerne kalder ’Type Ic supernovaer’.

På Aarhus Universitet forsker lektor Maximilian Stritzinger også i forskellige typer af svagtlysende supernovaeksplosioner. Han forklarer, at det er et velkendt fænomen, at en stjerne, som er i kredsløb med en anden stjerne, kan blive afskrællet – og dermed afgiver et svagere lys, når den eksploderer som en supernova.

»Men det er aldrig før blevet vist, at en stjerne kan miste så meget materiale, som de har vist i den nye undersøgelse. Stjernen mister virkelig meget materiale, før den eksploderer. Det er det, som er det nye,« forklarer Maximilian Stritzinger, som er lektor ved Institut for Fysik og Astronomi på Aarhus Universitet.

Han mener, at Thomas Tauris og hans forskningsgruppe har lavet »et stykke kvalitetsforskning.«. Men han påpeger, at han godt kunne tænke sig at se deres resultater bekræftet af yderligere undersøgelser – især analyser af de særlige supernovaers lysspektrum.

Ikke alle stjerner bliver supernovaer

Hvis du har haft fysik på gymnasieniveau, vil du måske kunne huske, at det ikke er alle stjerner, som ender deres liv med en supernovaeksplosion.

For at kunne kollapse og eksplodere som en supernova, skal stjernen nemlig være tung nok – det vil sige, at stjernen skal have en jernkerne, som vejer mindst 1,4 gange så meget som Solens masse. Denne grænse er også kendt som Chandrasekhar-massen.

Selvom forskerne mener, at de svage former for ’Type Ic supernovaer’ stammer fra en ’afskrællet’ - og dermed lettere - stjerne, så er stjernen altså stadig tung nok til, at den kan eksplodere.

»Stjernen er blevet skrællet helt ind til kernen, så den ender med at være en nøgen metalkerne, når den eksploderer. Den ender kun lige netop oppe over den kritiske masse, som vi kalder Chandrasekhar-massen.«

»Så stjernen er altså tung nok til at eksplodere, men der er stort set ikke noget materiale, som kastes ud i rummet,« siger Thomas Tauris.

Hvor tit ser man de svage supernovaer?

Spørgsmålet er så, hvor ofte vi kan sådanne svagtlysende ’Type Ic supernovaer’ på himlen over os?

Thomas Tauris fortæller, at i den nye undersøgelse har de regnet sig frem til, at denne specielle ’Type Ic supernovaer’ udgør mellem 0,1 og 1 procent af alle supernovaer.

I vores egen galakse, Mælkevejen, har vi ifølge Thomas Tauris omkring to supernovaeksplosioner for hvert århundrede.

»Det svarer til, at vi i gennemsnittet vil se en svag type Ic supernova i vores galakse et sted mellem hvert 5.000. og hvert 50.000. år. Det er selvfølgelig ikke så tit, men vi kan jo se milliarder af andre galakser ude i rummet. Det betyder, at vi alligevel vil se fænomenet rimeligt ofte,« siger Thomas Tauris.

Han forklarer, at der gennemsnitligt bliver opdaget omkring 500 supernovaer om året, og dermed vil man »forvente at se op til et par stykker« om året, som er af den svagtlysende type Ic supernova.

Nu har i lavet en teoretisk model, som altså forklarer, hvordan denne type Ic supernovaer opstår. Hvor sikre er i på, at i har fundet frem til den rigtige model?

»Vi kan ikke være sikre på, at vores model kan forklare alle af denne her type observationer. Men vi er meget sikre på, at vi har en god teoretisk model for, hvordan denne her type supernovaer kan produceres, men vi kan ikke udelukke, at der også findes andre modeller, som kan forklare fænomenet,« lyder det fra Thomas Tauris.

Hans nye undersøgelse er blevet til i samarbejde med astrofysikere fra Bonn, Tokyo, Oxford, Seoul og Moskva.