22 min

Studerar våldsamma stjärnexplosioner

Våldsamt exploderande stjärnor – så kallade supernovor – spelar en viktig roll i universums kretslopp. Men hur explosionerna går till är delvis okänt. Med observationer från både rymd- och markbaserade teleskop arbetar Josefin Larsson för att kartlägga hur supernovor fungerar.

Josefin Larsson

Docent i astrofysik

Wallenberg Academy Fellow 2015

Lärosäte:
KTH

Forskningsområde:
Supernovor och jetstrålar

Har du ett smycke eller kanske en slipsnål i silver? Då äger du material som skapades antingen när en massiv stjärna i slutet av sin livstid exploderade i en supernova, eller när återstoderna efter två supernovor kraschade in i varandra.

I samband med universums födelse – Big Bang – skapades de allra lättaste grundämnena, framför allt väte. Alla tyngre grundämnen har sedan bildats i olika processer i universum. Den vanligaste är fusionsprocessen som får vår sol och andra stjärnor att lysa: i stjärnornas inre smälts små, lätta atomkärnor samman till tyngre atomkärnor, varvid energi frigörs.

På det sättet kan grundämnen upp till järn bildas. Men för att skapa ännu tyngre grundämnen, exempelvis silver, krävs det att stora mängder energi tillförs – som i en våldsam stjärnexplosion.

– Supernovor bildar och sprider ut grundämnen som blir byggmaterial till nya stjärnor och planeter, till exempel vårt eget solsystem. De spelar därmed en viktig roll i universums kretslopp, vilket är en av flera anledningar till att de är intressanta att studera, säger Josefin Larsson som forskar i astronomi vid KTH.

Kollapsar av sin egen tyngd

Orsaken till att massiva stjärnor slutar sina liv i en explosion är deras stora massa och därmed starka gravitation. Så länge fusionsprocessen pågår motverkar den frigjorda energin gravitationskraften, men när bränslet tar slut faller stjärnan ihop under sin egen tyngd. Stjärnans inre delar kollapsar till en pytteliten men tung neutronstjärna som de yttre delarna faller in mot och studsar på. Sedan är explosionen ett faktum.

– Det är komplicerade processer. Stjärnor kan troligtvis explodera på olika sätt och vi vet fortfarande inte riktigt hur explosionerna går till, säger Josefin Larsson.

Med hjälp av observationer från olika teleskop studerar hon supernovor i alla dess stadier, både själva explosionen och sedan hur resterna efter explosionen utvecklas under många år därefter. Hon studerar också de jetstrålar – smala flöden av laddade partiklar och strålning – som skickas ut från supernovan i nästan ljusets hastighet. Jetstrålarna observeras som korta blixtar av gammastrålning.

“Det här är ett fantastiskt anslag i och med att det är så långsiktigt. Det gör att jag kan jobba på ett annat sätt, med större frihet att testa mer osäkra saker.”

Med dagens känsliga instrument upptäcker forskarsamhället flera nya supernovor varje dag, så det finns många objekt att studera.

– Under de senaste åren har vi tagit ett stort steg framåt vad gäller att jämföra observationer med teoretiska modeller i tre dimensioner. Vi använder observationer för att kartlägga vilka atomer och molekyler som ingår och hur de är blandade för att få bättre förståelse för hur explosionen går till.

En gammal vän i granngalaxen

En favorit som Josefin Larsson följt noga under många år är supernovan 1987A som upptäcktes för drygt 30 år sedan i granngalaxen Stora magellanska molnet. På bilderna av SN 1987A syns tre ringar kring supernovan. Ringarna skickades ut långt före explosionen, troligtvis när två stjärnor slogs ihop till en.

– Nu har materialet som supernovan slungade ut börjat krascha in i materian mellan ringarna, vilket får materian att lysa upp. Det ljuset hjälper oss att förstå hur stjärnan utvecklades innan den exploderade. Genom att följa hur supernovans utslungade material förflyttar sig utåt i ringsystemet kan vi gradvis få alltmer information om den tidigare stjärnan.

Än så länge har ingen lyckats observera neutronstjärnan som borde synas som en lysande prick i mitten av SN 1987A. Antingen är den skymd av stoft, eller så kan den ha blivit ett svart hål.

– Det som gör supernovor så intressanta är att de kopplar ihop flera olika områden inom astronomin. De berättar saker om stjärnan som fanns före explosionen, de påverkar universums utveckling och kvar finns sen en neutronstjärna eller ett svart hål. Det är en lång kedja av händelser som kopplar till många intressanta fenomen, säger Josefin Larsson.

Skattjakt i arkiven

Hon har också börjat intressera sig för astronomins gigantiska arkiv av sparade observationer från olika teleskop.

– Till exempel har röntgenteleskopet XMM-Newton varit uppe i rymden och observerat i 20 år. Den borde ha råkat fånga upp den allra första signalen, en röntgenblixt som kallas shock breakout, från flera supernovor.

Sedan tidigare finns det endast en säker observation av en shock breakout-signal i röntgenstrålning. Men när en av Josefin Larssons doktorander gick igenom datan från XMM-Newton hittade de hela tolv nya kandidater.

– Nu ska vi försöka titta mer på galaxerna som shock breakout-kandidaterna kom ifrån. Men jag vill också fortsätta att leta i arkiven och se om vi kan hitta fler intressanta och ovanliga signaler.

Även om astronomer hittar nya supernovor varje dag är de ganska ovanliga. Det inträffar ungefär en per århundrade i en galax som Vintergatan. Den senaste som sågs explodera i vår galax var Keplers supernova år 1604, uppkallad efter astronomen Johannes Kepler.

– Det börjar bli dags för en ny. Det skulle betyda jättemycket att få studera en supernova på så nära håll. Då skulle man både kunna se många fler detaljer och detektera riktigt svaga signaler, säger Josefin Larsson.

Text Ingela Roos
Bild Daniel Faria, Erik Thor och Annika Moberg/ Sveriges Unga Akademi, Josefin Larsson