For knap 500 år siden lå Jorden i centrum af et lillebitte og uforanderligt univers under en strålende guddommelig og evig stjernehimmel.
Men i november 1572 så den danske adelsmand Tycho Brahe noget på himlen, som skulle forandre verden, som han kendte den – en tilsyneladende ny stjerne på himlen, en supernova.
Stjerneeksplosionen – for det var en eksploderende stjerne, han så – var ophav til supernovaresten betegnet ’Cas B’, der den dag i dag kan observeres i det kendte W-formede stjernebillede Cassiopeia.
Men hvilken type supernova var det? Og hvorfor var Tychos opdagelse så vigtig for såvel hans samtid som for videnskabens videre udvikling?
\ Om Forskerzonen
Denne artikel er en del af Videnskab.dk’s Forskerzonen, hvor forskerne selv formidler deres forskning, viden og holdninger til et bredt publikum – med hjælp fra redaktionen.
Forskerzonen bliver udgivet takket være støtte fra vores partnere: Lundbeckfonden, Aalborg Universitet, Roskilde Universitet og Syddansk Universitet.
Forskerzonens redaktion prioriterer indholdet og styrer de redaktionelle processer, uafhængigt af partnerne. Læs mere om Forskerzonens mål, visioner og retningslinjer her.
Betydningen af Tycho Brahes observation
Tycho Brahes observation udgør den historiske baggrund for blandt andet viden om tunge stjerners udvikling og endeligt som supernovaer.
Derudover var observationen en skelsættende videnskabshistorisk begivenhed, der sammen med Tycho Brahes øvrige virke var af afgørende betydning for udviklingen af den videnskabelige metode, forståelsen af vigtigheden af præcision og ikke mindst den efterfølgende revolution af det videnskabelige verdensbillede.
Tycho Brahe beskrev sin opdagelse i bogen Stella Nova i 1573:
»11. november sidste år, da jeg efter solnedgang som sædvanlig betragtede stjernerne på den klare himmel, blev jeg opmærksom på, at der lige over mit hoved strålede en ny og ukendt stjerne, som var meget tydelig i forhold til de andre.«
»Lige siden min barndom har jeg været fortrolig med alle himlens stjerner (denne viden er nemlig ikke så vanskelig at opnå), og jeg var helt sikker på, at der aldrig før havde været en stjerne på dette sted på himlen, eller i så fald en meget lille stjerne helt uden denne markante klarhed.«
»Jeg blev i den grad slået af forundring over dette, at jeg såmænd ikke ville tro mine egne øjne. Men da jeg fandt ud af, at også andre kunne se den, når de fik udpeget stedet, var jeg ikke mere i tvivl om, at der virkelig havde vist sig en ny stjerne dér.« (Tycho Brahe i De Nova Stella, 1573).
Tycho Brahe publicerede i øvrigt generelt sine forskningsmæssige resultater i værker, der den dag i dag er bevaret og tilgængelige, både i Danmark og internationalt – og indskrev sig i historien som én af en håndfuld få verdenskendte danske naturvidenskabsfolk på linje med, hvis ikke over, både Ole Rømer, H.C. Ørsted og Niels Bohr.
Tychos eget ’Tychoniske’ verdensbillede – med Jorden som centrum for det øvrige solsystem – var der dog ikke evidens for i hans observationer, men han havde afgørende betydning for efterfølgeren Johannes Kepler og hans observationer.
Dermed lagde han, om end ufrivilligt, grunden til en ny matematisk beskrivelse af det heliocentriske solsystem (verdensbillede med Solen som ubevægeligt centrum, hvorom planeterne bevæger sig, red.), der via Keplers og Galileo Galileis love fandt sin endelige form i Isaac Newtons beskrivelse af gravitation, hvilket igen dannede en klassisk baggrund for Albert Einsteins Generelle Relativitetsteori og alle moderne forsøg på at beskrive tyngdekraften.
Tychos systematiske observationer
I udgangspunktet kunne Tycho Brahe ikke vide, om det, han så, var en komet eller måske en planet; begge typer astronomiske objekter havde været kendt i hundredevis af år, men man mente, at de tilhørte en anden del af himlene end de tilsyneladende permanente og faste fiksstjerner.
For Tycho var det ikke nok blot ved tankens kraft at danne sig en hypotese over årsagen til det, han så. Det var principielt at afgøre, om det nye objekt faktisk var en stjerne.
Tycho foretog derfor en række systematiske målinger af det, han så – objektets afstand på himlen til de kendte stjerner blev monitoreret og dokumenteret, for at fastlægge om det bevægede sig i forhold til en fiksstjernerne.
Dertil blev dets tilsyneladende lysstyrke, relativt til øvrige klare stjerner og planeter, løbende noteret.
Derfor kender vi i dag det præcise sted på himlen, hvor stjernen var, samt dens lyskurve, altså, hvordan dens lysstyrke aftog i de efterfølgende måneder og år.
Hvor Tychos supernova i sin tid flammede op, i det W-formede stjernebillede Cassiopeia, befinder sig den dag i dag en stjernetåge, en såkaldt supernovarest, Cassiopeia B.
At Tychos observationer var så systematiske skulle senere få afgørende betydning for en tysk astronoms type-bestemmelse af Tychos supernova.
Fra supernova til sort hul
Der er flere måder, hvorpå en stjerne kan ende sine dage som en supernova:
- Ved et kollaps af en tung stjerne til et kompakt objekt, det vil sige til et sort hul eller en neutronstjerne
- Ved en termonuklear eksplosion af en hvid dværgstjerne i et dobbeltstjernesystem
De allertungeste stjerner, de der vejer mere end 8-10 gange så meget som Solen, er så tunge, at de kan kollapse under deres egen vægt i en løbsk kamp mellem tyngdekraften og den energi, der skabes i stjernen gennem fusion af stadigt tungere grundstoffer.
De tungeste stjerner kollapser, når deres indre består af så tunge grundstoffer (jern og nikkel), at yderligere kernefusion er en umulighed; det betyder, at en sådan stjerne ikke længere kan opretholde en indre balance, hvorved den falder sammen, og dens atmosfære afkastes med enorm fart.
Sådan en stjerne ender sine dage som et sort hul eller en neutronstjerne.
En neutronstjerne er en helt utrolig kompakt stjernerest omkring 1,5 gange tungere end Solen, men med en diameter på bare 20 kilometer (eller cirka deromkring).
Neutronstjerner består, som navnet siger, af neutroner, protonens elektrisk neutrale fætter.
Trykket fra neutronerne forhindrer, at den kompakte stjernerest kollapser yderligere. Men hvis stjerneresten er tilstrækkelig tung, kan slutresultatet være et sort hul, der typisk er 5-10 gange tungere end solen, men hvorfra intet lys undslipper.
Hvor den kompakte stjernerest i de kommende æoner befinder sig i en slags dødlignende tilstand, beriger den oprindelige stjernes afkastede ydre lag til gengæld det interstellare rum mellem stjernerne med tunge grundstoffer og danner en stjernetåge – en supernovarest.
\ 450-året for SN 1572
I løbet af 2022 markerer vi 450-året for Tycho Brahes opdagelse med udstillinger, podcasts og offentlige foredrag.
’Vi’ refererer til et bredt partnerskab bestående af bl.a. Copenhagen Planetarium, Astronomisk Selskab, Rundetaarn, Kroppedal Museum, Tycho Brahe Museet på Hven, Rumsnak og Syddansk Universitet.
Rundt omkring i Danmark vil der finde en række begivenheder sted, der formidler astronomi og astrofysik, verdensbilledets forandring og videnskabelige revolutioner.
Tysk astronom bestemmer Tychos supernova
I 1945 lykkedes det den tyske astronom Walter Baade (1893-1960) at genskabe supernovaen SN 1572’s lyskurve ud fra de detaljerede observationer, som Tycho udgav i De Nova Stella og i sin Opera Omnia.
Baade arbejdede på det tidspunkt på det berømte Mount Wilson Observatory i Californien i USA, og det var ikke længe efter, at man havde indset, at der eksisterede to forskellige mekanismer, der kunne lede til en supernovaeksplosion:
- Det kollaps, vi så ovenfor.
- Eller ved at en hvid dværgstjerne eksploderer i et dobbeltstjernesystem.
Baade forstod, at Tychos historiske observationer var så præcise og systematiske, at det måtte være muligt at afgøre, hvilken type der var tale om.
Han konkluderede på baggrund af den rekonstruerede lyskurve, at Tychos supernova, SN 1572, efter alt at dømme var en ødelæggende eksplosion af en hvid dværgstjerne i et dobbeltstjernesystem.
Makker-stjernen var en kæmpestjerne med en udstrakt atmosfære, der gradvis var blevet overført til dværgstjernen – indtil denne var blevet tung nok til at detonere.
Dette scenario er faktisk ganske almindeligt, da en meget stor andel af stjernerne tilhører dobbelt- eller multi-stjernesystemer.
Og da der er en ret præcis grænse for, hvor tung en hvid dværgstjerne kan blive, før den eksploderer, er supernovaer af denne type også forholdsvis ensartede.
Dermed kan man ved hjælp af observationer af supernovaer sige noget om forholdene i de galakser, hvor man ser dem, eksempelvis deres afstande.
Forudsætningen for liv
Begge de kendte typer af supernovaer – den tunge stjernes kollaps og den hvide dværgs eksplosion – leder til stjernetåger, der beriger det interstellare rum med grundstoffer; vel at mærke tungere end den brint (H) og helium (He), der blev skabt i Big Bang for godt 14 milliarder år siden.
Disse grundstoffer, der blandt andet tæller kulstof (C), kvælstof (N) og ilt (O), er forudsætningen for, at der kan dannes komplekse kemiske forbindelser, molekyler, deriblandt RNA og DNA.
Dermed er supernovaer som SN 1572 forudsætningen for selve livet.
I den kommende uge holder denne artikels forfatter, Bertil Dorch, en række oplæg om Tycho Brahes opdagelse af SN 1572 i forbindelse med Forskningens Døgn.
\ Andre berømte supernovaer
Blandt de kendte supernovaer, der har efterladt sig rester i form af stjernetåger, som vi kan se den dag i dag, er eksempelvis supernovaen år 1054 i Tyren, der blandt andet blev observeret af kinesiske astronomer, og som har givet ophav til den berømte Krabbetåge.
Et andet eksempel er den måske kraftigste supernova i historisk tid, observeret i år 1006 i stjernebilledet Ulven (Canis Lupus) af Ali Ibn Ridwan.
Få år efter Tychos supernova observerede Johannes Kepler en supernova i 1604 i stjernebilledet Ophiuchus.
Det er dog meget sjældent, at der er supernovaer så tæt på hinanden i tid som i 1572 og i 1604.
Det viser sig nemlig, at selvom der hvert år dannes noget i stil med én ny sol i vores galakse, Mælkevejen, er der i gennemsnit kun et par supernovaer per århundrede!
Alle de supernovaer, der er opdaget i moderne tid, findes derfor i fjerne galakser, langt fra Mælkevejen.
Den nærmeste i forhold til Jorden var supernovaen i 1987 i den store Magellanske Sky, der er en satellitgalakse til vores egen galakse.
