Melkeveiens yngste sorte hull – og mulig gammaglimt

Denne virvlende skyen av gass oppstod da en svært tung stjerne eksploderte for rundt 1000 år siden. Bildet kombinerer observasjoner gjort i røntgenstråling, infrarødt lys og radio.
Foto: NASA/CXC/MIT/L.Lopez et al.; Infrared: Palomar; Radio: NSF/NRAO/VLA

Ved hjelp av NASAs røntgenteleskop Chandra har en forskergruppe studert objektet W49B, som er en kraftig røntgenkilde. Observasjonene viser at denne gass-skyen som er restene etter en supernova-eksplosjon, er asymmetrisk. Årsaken må være at smellet var av en meget sjelden type der stoff ble slynget ut langs polene til den eksploderende stjernen.

Stjerner med minst 12 ganger så mye masse som Solen lever korte og hektiske liv der energi produseres i et frenetisk tempo. I midten av slike stjerner dannes det stadig tyngre grunnstoffer samtidig som temperaturen og tettheten tiltar. Til slutt er stoffet innerst i kjernen omdannet til jern, og stjernen klarer da ikke å produsere mer energi. Med enorm hastighet begynner den derfor å klappe sammen under sin egen vekt.

På en eller annen måte frigjøres så ekstreme energimengder i en slik kollaps at størsteparten av stjernen blir slynget ut i verdensrommet med flere titalls millioner kilometer i timen. I noen måneder kan objektet lyse som mange milliarder ordinære stjerner til sammen. Fenomenet kalles en supernova.

I mange tiår har forskerne visst at supernovaer i prinsippet oppstår på denne måten, men det er ytterst vanskelig å gjenskape supersmellene i datasimuleringer. Uten å lykkes med slike er vi ikke i stand til å forstå de fysiske prosessene som forårsaker slike kosmiske detonasjoner! Men naturen gjør det ikke alltid enkelt for oss. Det finnes flere typer supernovaer, og noen ganger er energimengdene ekstra store samtidig som eksplosjonen ikke er symmetrisk.

Slike supernovaer er av såkalt type Ib eller Ic og er så energirike at de gjerne kalles hypernovaer. De oppstår når de aller tyngste og mest energirike stjernene dør. Samtidig etterlater slike smell seg Universets mest kompakte og bisarre objekter – sorte hull. Rundt slike rester sprer skyer av gass («kruttrøyken») seg i alle retninger med enorme hastigheter.

Første i Melkeveien

W49B er den første resten etter en supernova type IB eller Ic som er identifisert i Melkeveien. Forskerne oppdaget at eksplosjonen, som fant sted for omkring 1000 år siden, var så asymmetrisk at stoff farer vekk fra smellet i mye større fart langs polene enn langs skyens «ekvator». De fleste supernovaer er nokså symmetriske.

Denne eksplosjonen var spesiell fordi den eksploderende stjernen roterte hurtig og i tillegg hadde kvittet seg med de ytre gasslagene. I andre stjerner er disse kraftig oppblåste og hydrogenrike før en supernova-eksplosjon og demper dermed intensiteten i smellet.

Objektet er observert i røntgenstråling (fra gasser med spesielt høy temperatur), infrarødt lys og radiostråling. Ved å undersøke fordelingen og mengden av ulike grunnstoffer i skyen, kunne forskerne sammenligne forholdene i skyen med teoretiske modeller – datasimuleringer. De fant at det finnes jern kun i halvparten av restskyen, mens andre grunnstoffer som svovel og silisium var fordelt i alle retninger. Dette beviser at eksplosjonen må ha vært asymmetrisk siden jernet er dannet helt inne i midten av smellet.

W49B er dessuten mye mer avlang og elliptisk enn de fleste andre supernova-rester. Nærheten til denne eksotiske eksplosjonen gjør den meget interessant for forskerne som ellers må undersøke slike fenomener fra titalls til hundretalls millioner lysår unna Jorden

Fra nært hold ville kanskje et gammaglimt sett slik ut. Ekstreme stråler av gass spruter ut av en intenst het stjerne.
Illustrasjon: Dana Berry, SkyWorks Digital Klikk her for å se en film av det som skjer i kjernen av stjernen. Dypt inne i midten av den døende Wolf-Rayet-stjernen virvler stoffet rundt og klemmes sammen til en pannekake. I midten dannes et sort hull og to gass-stråler skyter ut fra kjernen med over 1 milliard km/t!
Animasjon: McFadyen og Woosley
Klikk her for å se en film av det som skjer når gass-strålen presser seg ut mot overflaten og spruter ut i rommet. Et gammaglimt har oppstått!
Animasjon: Dana Berry, SkyWorks Digital

Sort hull?

Eksplosjoner av denne typen pleier å etterlate seg et sort hull i midten. Alternativt kan det dannes en nøytronstjerne, men slike tette stjernerester avslører sin eksistens ved at de sender ut intens stråling, noe som mangler i dette tilfellet.

Dette er i så fall det yngste kjente sorte hullet i Melkeveien – bare rundt 1000 år gammelt! Diameteren på selve hullet er noen få mil.

Det anslås at det går 1000 – 10 000 år mellom hver gang en eksplosjon som dette finner sted i hver galakse.

Gammaglimt?

Eksplosjoner av denne typen knyttes ofte til fenomenet gammaglimt. Dette er kortvarige, men ekstremt intense utbrudd av energirik gammastråling. Som regel observeres gammaglimt fra døende stjerner mange milliarder lysår fra Jorden, men det er godt mulig at W49B forårsaket nettopp et slikt stråleblaff.

Det har vært diskutert om gammaglimt kan forekomme i Melkeveien. En del forskning har tydet på at det ikke er mulig, men W49B kan tyde på at dette ikke er riktig.

Gammaglimt er de mest intense av alle eksplosjoner og i et minutts tid kan et slikt fenomen sende ut like mye energi rom resten av Universet til sammen!

Det meste av energien blir sendt ut i form av to gass-stråler og strålebunter. Dersom man står i veien for en slik strålebunt, kan man få dødelig stråledose selv på 2-3 millioner lysårs avstand og et gammaglimt kan nærmeste sterilisere en stor del av en galakse. Det er derfor av stor interesse å finne ut om gammaglimt fortsatt kan forekomme i vårt kosmiske nabolag.

Det farligste objektet i kosmos

Massedød kan skyldes kosmisk supereksplosjon

Historiens kraftigste smell - forklaringen