Derfor lyste stjerne pludselig som mange milliarder sole

I juni 2015 dukkede en ny stjerne pludselig op på himlen – omtrent som den 'stella nova', som Tycho Brahe fik øje på i 1572.

I første omgang mente astronomerne, at der måtte være tale om en supernova, som også var det, Tycho Brahe så.

Men i så fald måtte det være en ekstremt kraftig supernova. Objektet ASASSN-15lh lyste nemlig 200 gange stærkere end en almindelig supernova og 20 gange kraftigere end samtlige stjerner i Mælkevejen lagt sammen. Astronomerne havde aldrig set noget lignende.

Nu mener et internationalt hold af astronomer at have fundet forklaringen på fænomenet, som vi tidligere har skrevet om i artiklerne Rekord: Supernova lyser som 500 milliarder sole og Rekord-supernova forbløffer stadig forskerne.

Forskerne er overbeviste om, at der ikke er tale om en supernova, men i stedet om en stjerne, der bliver fortæret af et stort sort hul. Det skriver de i en artikel i det helt nye, videnskabelige online-tidsskrift Nature Astronomy.

»Jeg er 100 procent sikker på, at dette ikke er en supernova – og nok 95 procent sikker på, at det må være en stjerne, der rives i stykker af et sort hul. Der er muligvis noget helt tredje, men jeg ved ikke, hvad det skulle være,« siger postdoc Giorgos Leloudas, der er førsteforfatter til den videnskabelige artikel, og som deler sin arbejdstid mellem Weizmann-instituttet i Israel og Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Strækkes ud af det sorte hul

Astronomernes teori er, at den kraftige stråling opstår i forbindelse med, at stjernen bliver sønderrevet af et kæmpestort, roterende sort hul, der gemmer sig i midten af en fjern galakse cirka 3,8 milliarder lysår herfra.

På sin vej gennem sin galakse er stjernen simpelthen kommet for tæt på det supermassive sorte hul, der har en masse svarende til mindst 100 millioner sole.

I det kraftige tyngdefelt fra det sorte hul bliver stjernen trukket ud og ender som en skive af varm gas, der kredser rundt om hullet.

En del af gassen kan undslippe, mens resten trækkes ned i hullet og forsvinder for altid. I den forbindelse opvarmes gassen, så den begynder at stråle som millioner af stjerner.

Forkert galakse til sådan en supernova

Forskerne tog udgangspunkt i billeder fra All Sky Automated Survey for Supernovae (ASAS-SN). Det er en samling små teleskoper, der konstant og helt automatisk overvåger himlen for at se, om der pludselig dukker supernovaer op. Det var på billeder herfra, det kraftige lysende himmellegeme først blev identificeret.

Men der var noget, der ikke passede.

De allerstørste stjerner, der ender som meget kraftige supernovaer, dannes typisk dannes i mindre, unge galakser, hvor der stadig er fuld knald på stjernedannelsen.

Men den galakse, som ASASSN-15lh blev observeret i, er en ret stor svend med en samlet masse svarende til 100 milliarder sole, og stjernerne i den er typisk omkring fire milliarder år gamle.

»Det er en galakse af en type, hvor der ikke forekommer meget lysstærke supernovaer. De dukker typisk op i dværggalakser, der stadig er ved at blive dannet. Denne galakse er død – al dens gas er for længst brugt til stjerner, og nu er stjernerne gamle. Her burde der ikke være unge, massive stjerner, der kunne eksplodere som supernovaer,« siger Giorgos Leloudas.

Tæt på centrum af galaksen

Det gjorde astronomerne nysgerrige, og de sørgede for at få flere data fra en række andre teleskoper, herunder rumteleskoperne Hubble og Swift.

Dermed kunne de foretage nye og mere præcise målinger, så de med stor sikkerhed kan sige, at begivenheden fandt sted ganske tæt på den fjerne galakses centrum.

Det er netop her, allerinderst i galakserne, de største sorte huller gemmer sig – der er også et i centrum af vores egen galakse.

Supernova-grundstoffer mangler

Ved at analysere lyset fra ASASSN-15lh kunne astronomerne finde ud af hvilke grundstoffer, der er involveret i begivenheden. Og det var ikke de grundstoffer, der normalt dukker op ved en supernova-eksplosion.

»Vi så grundstoffer, som vi tror kommer fra den sønderrevne stjerne – kulstof, kvælstof og ilt. De kunne også være der i forbindelse med en supernova-eksplosion, men så ville vi også se tydelige spor efter andre grundstoffer, og dem ser vi ikke,« lyder det fra Giorgos Leloudas.

Den uheldige stjerne har nok været omtrent på størrelse med Solen – måske dobbelt så stor, men ikke mere.

Et ekstra spor kom fra temperaturkurven fra ASASSN-15lh. Til at starte med var temperaturen høj, men så faldt den stille og roligt, som man ville forvente fra en supernova. Men hvor en supernova ville blive ved med at afkøles, steg temperaturen for ASASSN-15lh pludselig efter cirka 100 dage, og siden er den forblevet ganske høj – omkring 16.000 grader.

Indfanget af et roterende sort hul

Det er ingen selvfølge, at et sort huls hærgen bliver afsløret. Når en stjerne indfanges af et sort huls tyngdefelt, kan det nemlig sagtens tænkes, at den først bliver sønderrevet, efter at den er kommet inden for i hulen, så at sige – og så vil den, set udefra, blot forsvinde uden at efterlade sig spor.

De største sorte huller er så store, at en indfanget stjerne typisk vil nå at passere den såkaldte begivenhedshorisont, før den rives itu af den voldsomme tyngdekraft. Er stjernen først inde, kan intet lys fra den slippe ud.

Astronomerne skulle gøre rede for, at stjernen kunne nå at blive ødelagt af det sorte hul, mens den stadig var udenfor. Det gjorde de ved at antage, at det store sorte hul i midten af galaksen roterer, nøjagtigt som andre himmellegemer gør det.

Et roterende sort hul påvirker nemlig sine omgivelser på en anden måde end et ikke-roterende sort hul. Det betyder, at stjernen kunne nå at blive revet i stykker, før den passerede begivenhedshorisonten og kom helt ind i det sorte hul, hvorfra intet kan undslippe.

Så måske er mysteriet om ASASSN-15lh endelig løst.

Det var ikke en helt usædvanlig kraftig supernova-eksplosion, men i stedet en stakkels stjerne, der kom for tæt på et stort, sort hul.