11.07.25: En type supernovaer – den såkalte type Ia – er spesielt viktig innenfor astronomien. Forskerne mener at den forårsakes av eksplosjonene til stjerner som har omtrent lik masse og lysstyrke. Dermed kan slike supernovaer brukes for å måle store avstander i Universet og hvordan Universet har utviklet seg. Nye observasjoner dokumenterer hvordan slike eksplosjoner finner sted samt massen til stjernene som eksploderer.

av Knut Jørgen Røed Ødegaard

Dette bildet ble tatt med ESOs VLT-teleskop og viser restene etter supernova-eksplosjonen SNR 0509-67.5. Dette er gass-skyer som fortsatt farer utover med enorm hastighet etter dobbelt-eksplosjonen som fant sted for flere hundre år siden. Dette er det første fotografiske beviset for at stjerner kan dø i dobbelt-eksplosjoner. Observasjonene ble gjort med Multi-Unit Spectroscopic Explorer- (MUSE) instrumentet på VLT. MUSE gjør det mulig å kartlegge fordelingen av ulike grunnstoffer, her vist i ulike farger: Kalsium er i blått og forekommer i to konsentriske skall. Disse to lagene tyder på at stjernen døde i en dobbel-eksplosjon. Hydrogen (H-alfa) er vist i oransje.
Foto: ESO/P. Das et al. Background stars (Hubble): K. Noll et al.

Det er flere metoder for å måle avstander i verdensrommet, men når det er snakk om såkalte kosmologiske avstander – flere milliarder lysår, benyttes vanligvis Hubbles lov som er en konsekvens av Universets ekspansjon. Men denne relasjonen må kalibreres for å kunne gi mening, og det krever en uavhengig måte å måle avstander.

Da er det perfekt å måle lysstyrken til fenomener eller objekter som har kjent utstråling. Men uheldigvis varierer lysstyrken til de fleste objekter og fenomener ganske kraftig: Enkeltstjerner har lysstyrker som varierer med faktorer på mange millioner og på store avstander er det i beste fall kun de alle mest lyssterke som kan observeres. Kulehoper (kuleformede ansamlinger av stjerner) kan variere kraftig i antall stjerner, lysstyrke og andre egenskaper og tilsvarende gjelder for de fleste lyssterke fenomener og objekter.

Men supernovaer av type Ia er et unntak – de har svært store lysstyrker og kan observeres mange milliarder lysår unna og sender tilsynelatende ut omtrent like mye energi og lys. De skal derfor være perfekte objekter for å måle avstander og hvordan Universet eser. Denne typen supernova ble brukt i 1998 til å demonstrere at Universet eser stadig fortere.

Men forstår vi supernova type Ia godt nok, og har de virkelig samme lysstyrke?

Kunstnerisk fremstilling av en supernova av type Ia.
Illustrasjon: ESO

Tvillingstjerner kan bety slutten

I motsetning til andre typer supernovaer som skyldes masserike enkeltstjerner, er det nødvendig med to stjerner for å forårsake en supernova av type Ia.

Den ene stjernen er en kompakt stjernerest – såkalt hvit dverg. Dette er en stjerne som bare er på størrelse med jordkloden, men som kan inneholde mer masse enn vår sol (som i dag er stor nok til å romme 1,3 millioner jordkloder). Dersom den hvite dvergen går i bane tilstrekkelig nær en ledsager, kan dvergen stjele gass fra ledsageren. Dette kan forårsake flere nova-eksplosjoner, men massen til den hvite dvergen øker sakte men sikkert.

En hvit dverg trekker til seg gass fra en ledsagende rød kjempe. Gassen går i spiral inn mot dvergen og blir samtidig presset sammen og varmet opp.
Illustrasjon: INASA/CXC/M.Weiss

Standardforklaringen for en supernova Ia er at den hvite dvergen til slutt når grensen for hvor stor masse en slik stjerne kan ha (Chandrasekhars massegrense som er ca. 1,4 solmasser). Da begynner den hvite dvergen raskt å kollapse, temperaturen stiger voldsomt og utløser et kjernefysisk ragnarok som sprenger stjernen fullstendig i filler. Restene blir blåst utover som virvlende gasskyer med mange titalls millioner km/t.

Men nyere studier har antydet at i hvert fall noen Ia-supernovaer kan forklares bedre ved en dobbelteksplosjon som finner sted før den hvite dvergen har nådd denne kritiske massen.

Dobbel eksplosjon

Nå har astronomene klart å ta et bilde som viser at den sistnevnte antagelsen er korrekt: I hvert fall noen Ia-supernovaer eksploderer gjennom en dobbel-eksplosjons-mekanisme. I denne varianten danner den hvite dvergen et lag med helium rundt seg som den har stjålet fra ledsagerstjernen.. Dette laget blir ustabilt og antennes (før dvergen når kritisk masse!) – heliumet omdannes til karbon og oksygen og frigjør store energimengder. Denne første eksplosjonen forårsaker en trykkbølge som sprer seg både rundt og innover i dvergen. Dermed blir gassen i de indre delene klemt sammen, temperaturen stiger og utløser en kjernefysisk eksplosjon også i kjernen. Sammen sprenger eksplosjonene stjernen i filler og forårsaker en supernova-eksplosjon. I tillegg blir store mengder tyngre grunnstoffer dannet i eksplosjonen og skutt ut i rommet – inkludert store mengder jern som vi blant annet har i blodet i kroppene våre!

Frem til nå har det ikke vært klare, visuelle bevis for at hvite dverger gjennomgår en dobbel eksplosjon, men nylig ble det forutsagt at prosessen ville lage et tydelig mønster eller «fingeravtrykk» i de glødende restene etter supernovaen og at disse ville være synlig lenger etter eksplosjonen. Beregningene tyder på at en slik supernovarest skal inneholde to adskilte skall av kalsium.

Fordeling av kalsium i supernova-resten SNR 0509-67.5. De to tegnede kurvene viser posisjonen til to konsentriske og kalsiumrike skall som ble blåst ut av to ulike eksplosjoner i en stjerneeksplosjon som fant sted for flere hundre år siden.
Foto: ESO/P. Das et al.

Nå har en internasjonal forskergruppe funnet nettopp disse sporene i superovaresten SNR 0509-67.5 ved å studere den med Multi Unit Spectroscopic Explorer (MUSE) på ESOs VLT-teleskop i Chile. Observasjonene gir sterke bevis for at Ia-supernovaer kan inntreffe før den hvite dvergen når den kritiske massen.

Dette er en svært viktig oppdagelse for å forstå den astronomisk sett viktigste typen stjerneeksplosjoner vi kjenner.

MER INFORMASJON

Pressemelding fra ESO

astroevents.no: Nova-eksplosjon ventes

astroevents.no: Supernovaer og hypernovaer – en oversikt

astroevents.no: Flere saker om stjerner