I tre fjerne galakser har astronomer observeret noget, der ikke ligner nogen kendt type stjerneeksplosion.
Eksplosionerne hang sammen med, at supermassive sorte huller lyste op, da de opslugte stjerner, som kom for tæt på.
I modsætning til supernovaer, der nok lyser voldsomt op, men også falmer inden for få uger, tog det denne begivenhed måneder at nå maksimal lysstyrke, og eksplosionerne forblev synlige i årevis.
Forskere har nu klassificeret disse begivenheder som ’ekstreme nukleare transienter’ (ENT'er).
Ved en af de begivenheder, der blev observeret af astronomer fra University of Hawaii’s Institute for Astronomy (IfA), blev der udsendt over 25 gange mere energi end ved de mest energiske supernovaer, der kendes.
Astronomen Jason Hinkle fra IfA har i en pressemeddelelse udtalt:
»Vi har observeret stjerner, der bliver revet fra hinanden som tidevandsforstyrrelser i over et årti, men disse ENT'er er noget helt andet. Vi observerer lysstyrker næsten 10 gange over hvad vi typisk ser.«
Den enorme mængde energi, der frigives af en ENT, kan være synlig over enorme afstande. En sådan begivenhed, kaldet Gaia18cdj, frigav lige så meget energi på et år, som 100 sole ville udsende i løbet af hele deres levetid.
Selv om man altså ikke ved helt præcist, hvad en ENT er, så formoder man, at den grundlæggende proces er, at noget, sandsynligvis en stjerne, opsluges af et stort sort hul.
Den formodning er der en god grund til at have, og for at forstå den vil vi se på universets energikilder.
Universet har to metoder til at producere meget energi
Gennem de sidste godt 100 år er det blevet mere og mere klart, at vi ikke kan forstå universet og de eksplosioner, der finder sted, uden at forstå, hvordan energi lagres og frigives.
De fleste har måske hørt om Einsteins berømte ligning E = m·c2, der viser, at energi og stof er to sider af samme sag: Energi kan omsættes til stof, ligesom stof kan omsættes til energi.
Overordnet set har universet to hovedmåder at frigive meget store energimængder på:
- Den ene er at udnytte tyngdekraften (gravitationsenergi)
- Den anden er at udnytte fusionsprocesser
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient’er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I mere end 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet ‘Stubberne’.
ENT peger på gravitationsenergi snarere end fusionsenergi
Det kan lyde mærkeligt, at tyngdekraft kan være en stor energikilde, for tyngdekraften er den svageste af de kendte naturkræfter - dette kan demonstreres ved et uhyre simpelt hverdagseksperiment, nemlig ved at løfte en kop kaffe:
Vi svage mennesker kan med vores muskler overvinde tyngdekraften fra Jorden, der har en masse på 6·1024 kg eller 6 billioner billioner kilogram.
Princippet bag hverdagseksemplet med kaffekoppen er det samme, uanset skala: Når noget løftes i et tyngdefelt, lagres der energi. På kosmisk skala, hvor masser er enorme, kan denne lagrede energi blive tilsvarende enorm.
I fysikken kan dette forklares med et begreb, der hedder gravitationsenergi (eller potentiel energi). Begrebet betyder, at energien er lagret i et objekt på grund af dets position i et kraftfelt såsom Jordens tyngdefelt.
Når et objekt bliver løftet op fra jorden, skal man arbejde mod tyngdekraften, som hele tiden trækker objektet nedad. Det arbejde, man udfører ved at løfte objektet, bliver lagret som gravitationsenergi i objektet. Jo tungere objektet er, og jo højere det befinder sig, desto større er denne lagrede energi.
\ Gravitationsenergi uddybet
Et enkelt hverdagseksempel er en bog på en hylde: En tung bog, der står højt oppe på en hylde, har mere gravitationsenergi end den samme bog, der ligger på gulvet.
Hvis objektet (bogen) derefter får lov til at falde, bliver den lagrede gravitationsenergi gradvist omdannet til kinetisk energi (bevægelsesenergi). Jo hurtigere objektet bevæger sig, desto mere kinetisk energi har det.
Så hvis bogen falder ned, vil den ramme gulvet med større fart og kraft, netop fordi den har haft mere lagret energi, som kan omdannes til bevægelse.
Kort sagt: Energi kan ikke forsvinde – den kan kun skifte form. I tilfældet med bogen skifter energien form fra gravitationsenergi til bevægelsesenergi, når bogen falder.
Det samme grundlæggende princip gælder i universet. Når store skyer af gas eller stjerner kollapser under deres egen tyngdekraft, kan enorme mængder gravitationsenergi frigives.
Beregninger viser, at ved et kollaps kan op mod halvdelen af stoffets masse omdannes til energi. Det gør tyngdekraften til en langt mere effektiv energikilde end den anden store energikilde, fusionsenergi.
Til gengæld er fusion en langt mere stabil energikilde. Stjerner som Solen lyser ved hjælp af fusionsenergi, hvor brint omdannes til helium. Her bliver kun omkring 0,7 procent af massen omdannet til energi. Til gengæld sker processen meget langsomt og stabilt, hvilket gør fusion ideel som en energikilde over milliarder af år.
Men ekstreme fænomener som det nyopdagede ENT udsender så store energimængder, at fusion ikke kan forklare dem. Her må energien komme fra tyngdekraften - for eksempel når en stjerne gradvist rives i stykker og opsluges af et sort hul.
Tæt på det sorte hul er tyngdekraften så stærk, at den lagrede gravitationsenergi effektivt omdannes til varme og stråling.
Gravitationsenergi er derfor velegnet til voldsomme og kortvarige energifrigivelser, mens fusion er den stabile energikilde, der har forsynet Jorden med sollys i hele dens levetid – og vil gøre det i flere milliarder år endnu.
Den samme forskel i energikilder kender astronomerne fra novaer og supernovaer.
\ Novaer og supernovaer
Astronomerne har i mange år kendt til både novaer og supernovaer, og i begyndelsen undrede man sig over den meget store forskel i den energi, en nova udsender, og den energi, en supernova udsender.
Men forklaringen er simpel:
- Novaer får deres energi fra fusion
- Supernovaer får energien fra et kollaps af stjernens indre (gravitationsenergi)
Kollapset kan ende på flere måder: Hvad angår Solen, kan den ende som en hvid dværg på størrelse med Jorden. Ved større stjerner fører kollapset til dannelse af enten en neutronstjerne eller et sort hul.
Her er en uddybning af forskellen:
Novaer
En nova opstår, når en stjerne er kollapset til en hvid dværg på størrelse med Jorden.
Hvide dværge har en meget høj tyngdekraft på overfladen, da stoffet er presset så tæt sammen, at et stykke stof på stjernen på størrelse med et stykke hugget sukker har samme masse som en velvoksen elefant.
Hvis den hvide dværg tilfældigvis kredser om en normal stjerne, kan den opsuge materiale, som derefter hober sig op på den hvide dværgs overflade og skaber en tæt atmosfære af brint. Hvis atmosfæren bliver tæt nok, så eksploderer hele atmosfæren som en kæmpemæssig brintbombe.
Energikilden er altså en løbsk fusionsproces, og eksplosionen får stjernen til en kort stund at lyse voldsomt op.
Ved en typisk nova udsendes på dage eller uger lige så meget energi, som Solen producerer over mange århundreder.
Supernovaer
Som nævnt er fusion en såre beskeden energikilde sammenlignet med den energi, der frigøres ved et kollaps. Så springet fra nova til supernova markerer også et skift i energikilde fra fusion til gravitationsenergi.
En supernova opstår, når en massiv stjerne afslutter sit liv, ved at stjernens kerne kollapser. Herved frigøres gravitationsenergi, og resultatet er, at hele stjernen eksploderer.
Store mængder af stjernen stof slynges ud med mange tusinde km i sekundet. Den frigivne energi kan være millioner af gange så stor som en novas, nok til at overstråle en hel galakse med milliarder af stjerner.
Afhængigt af stjernens masse kan et sådant kollaps ende med dannelsen af enten en hvid dværg (dette vil ske for vores stjerne, Solen), en neutronstjerne eller et sort hul.
Hinsides ENT'er
Vi indledte med at omtale de nyopdagede ENT'er, der har vist sig at udsende over 25 gange mere energi end de mest energiske supernovaer, der kendes.
Men måske findes der eksplosioner, som er endnu mere voldsomme. Man har nemlig opdaget noget, der kaldes hurtige røntgentransienter (FXT'er), som er udbrud af røntgenstråler, der kun varer i et par minutter. Kilden til FXT'erne har været indhyllet i mystik.
Nu har astronomer, ved hjælp af et røntgenteleskop ude i rummet kaldet ’Einstein Probe’ sporet en FXT, betegnet EP240315A, tilbage til sin kilde.
Det viser sig, at afstanden til kilden er ikke mindre end 12 milliarder lysår, og det siger noget om den energi, der er frigjort.
Det er tale om en så ny opdagelse, at vi ikke kan sige så meget endnu, men det skulle nu ikke undre, om rekorderne fra ENT bliver slået. Vi må vente og se.
\ Big Bang var ikke en eksplosion
En eksplosion er en begivenhed, der foregår i et allerede eksisterende rum, men hverken tid eller rum eksisterede før Big Bang.
Universet begyndte måske som en singularitet, hvor alt stof og energi var samlet i et enkelt punkt, som siden begyndte at udvide sig og dermed skabte rummet - og måske også tiden.
Detaljerne er stadig ukendte, men vi bruger Big Bang som model for universet, fordi den giver en god og sammenhængende beskrivelse af universets udvikling, siden udvidelsen begyndte.
Big Bang er altså ikke en forklaring på universets skabelse, men den bedste model, vi har, for, hvordan universet har udviklet sig, siden rum og tid begyndte at udvide sig.
