På spaning efter en ny supernova

Den här artikeln är från 2015.

På berget Palomar i den kaliforniska natten är det mörkt och folktomt. Det surrar svagt från ett robotiserat teleskop som systematiskt fotograferar sig genom en del av stjärnhimlen. Hemma i Stockholm har arbetsdagen just börjat och astronomen Anders Nyholm har bänkat sig framför datorn. I dag är det hans tur att i realtid söka igenom bilderna från Kalifornien. Uppdraget är att hitta en dagsfärsk supernova.

Palomar är en astronomihistorisk pärla belägen 20 mil sydost om Los Angeles. Observatoriet grundlades för nästan hundra år sedan och drivs nu som då av California institute of technology (Caltech), som även sköter de enorma Keck-teleskopen på Hawaii. På Palomar finns tre teleskop. Från 1949 till 1992, då det första Keck-teleskopet invigdes, var det största av Palomar-teleskopen – med sin 5-meters spegeldiameter – i praktiken världens största teleskop. Det dominerade alltså den epok i astronomihistorien då forskarna på allvar kartlade universum.

Vårt robotteleskop, som letar efter supernovor, är däremot det minsta och äldsta av Palomars teleskop. Med en spegel på 1,2 meter i diameter, var P48 redan från början avsett att söka av en större del av natthimlen. Det var den schweiziske astronomen Fritz Zwicky som propagerade för uppförandet av så kallade Schmidt-teleskop. Zwicky är kanske mest berömd för att ha infört begreppet mörk materia, men han var även en pionjär inom supernova-letandet. Poängen med ett Schmidt-teleskop är alltså att det kan fotografera ett stort område av himlen. Det är just genom att söka igenom många, många galaxer som man kan hitta supernovorna – sådana stjärnexplosioner sker nämligen bara en gång på 100 år i en genomsnittlig galax. Genom Palomar-kombinationen – ett litet sökteleskop som hittar intressanta rymdobjekt och ett jätteteleskop som sedan kan detaljstudera dessa – har Kaliforniens astronomer under många årtionden suttit på första parkett inom upptäckarastronomin.

Medan många småteleskop världen över numera stängs ner för att lämna plats till större anläggningar, har den gamla P48-kikaren en annan historia att berätta. En ordentlig helrenovering 2001, då teleskopet automatiserades och robotiserades, sänkte driftskostnaderna, och införskaffandet av en ny stor CCD-kamera, som ersatte den gamla fotografiska plåten, möjliggjorde ett nytt sätt att observera. Lägg därtill ett sofistikerat system som snabbt databehandlar bilderna och söker efter nya objekt samt en maskininlärnings-algoritm som sorterar bort en överväldigande del av de många falska signalerna. Då har man ett väl anpassat teleskop som systematiskt kan mönstra himlen och söka nya objekt, så kallade transienter. Teknologin i samklang med den vetenskapliga fokuseringen på ett tidigare outforskat område – snabba transienter – har fått P48 att inte bara överleva, utan också att ta täten inom min del av astronomin.

I Stockholm är vi nu en grupp supernova-astronomer som sedan 2013 medverkar i projektet intermediate Palomar Transient Factory (iPTF). Det är ett internationellt projekt med forskargrupper från bland annat USA, Israel, Japan och Taiwan. Men även på hemmaplan är vi ett kosmopolitiskt gäng – de åtta doktorander och disputerade forskare som regelbundet utför det dagliga supernova-letandet i Stockholm kommer från åtta olika länder.

är Anders Nyholm eller någon av våra andra supernova-letare hittar en intressant kandidat i dataströmmen från Palomar blir det bråttom. Mest spännande blir det om ett nytt objekt dyker upp på ett ställe där vi vet att ingenting fanns natten innan. För att få veta mer måste vi nu snabbt få in observationer med större teleskop. Anders larmar medarbetarna runt om i världen, och beroende på omständigheterna försöker vi få omedelbara observationer med Keck-teleskopet på Hawaii, Gemini-teleskopet i Chile eller vårt eget Nordiska Optiska Teleskop (NOT) på La Palma, en av Kanarieöarna.

Snabbheten gör att vi kommer åt information om supernovan som annars smulas sönder i explosionsförloppet. En av de forskningsfrågor som ligger mig närmast om hjärtat är just att ta reda på vilka slags stjärnor som exploderar som supernovor. Stjärnornas liv de sista åren innan explosionen präglas ofta av vindar, massutkastningar och kanske växelverkan med en närliggande kompanjonstjärna. Denna närliggande gas hamnar i rampljuset vid supernovasmällen, men efter någon dag körs den över och höljs av den exploderande stjärnan. Vi måste alltså skynda oss.

Flera av de nya rön från iPTF som vi nyligen har fått publicerade, bland annat i Nature, byggde just på den korta reaktionstiden mellan explosion och observation. Skjutjärnsastronomi skulle man kanske kunna kalla det. Supernovan iPTF13ast flammade upp i Björnvaktarens stjärnbild den 3 maj 2013. Vi fick observationer med Keck-teleskopet bara 4 timmar efter upptäckt, sammanlagt bara 16 timmar efter det att explosionen blev synlig från jorden. Observationerna visade sig innehålla ovanliga signaler som klargör hur omkringliggande materia från ursprungsstjärnan hettats upp av explosionen. Det ger kunskap om hur stjärnan tillbringat sina sista skälvande år innan smällen.

Den mer närbelägna SN 2014J missade vi först med iPTF, eftersom den var så ljusstark att datorn ville sortera bort den som skräp. Men när vi väl gick tillbaka till våra data kunde vi rekonstruera precis när den hade exploderat och hur snabbt den hade ökat i ljusstyrka de första dagarna. Vid ett annat tillfälle lyckades vi snabbt vända rymdteleskopet SWIFT mot den unga supernovan iPTF14atg och avslöja det snabbt falnande ultravioletta ljuset. Tolkningen – att denna termonukleära supernova hade en kompanjon rik på vätgas – sprider nytt ljus över frågan om ursprunget till de kosmologiskt relevanta Typ Ia-supernovorna.

Hur ser då framtiden ut för iPTF? Svaret är att vi planerar för en rejäl uppgradering. Framför allt ska en ny kamera byggas som täcker hela teleskopets synfält. Sammantaget ska det nya projektet, Zwicky Transient Facility (ZTF) kunna mönstra himlen mer än tio gånger snabbare än iPTF. Det innebär att vi kan hitta tio gånger fler supernovor. Mer spännande är att vi kan söka av samma område av stjärnhimlen oftare och därmed hitta nya saker snabbare. Jag tänker mig att vi ska kunna upptäcka supernovorna bara timmar efter att de exploderat. Men jag är även övertygad om att vi därmed kommer att upptäcka helt nya uppflammande fenomen på stjärnhimlen. Ingen har tidigare sökt efter mer kortlivade rymdexplosioner – och kanske sprakar det av aktivitet bland krockande neutronstjärnor, gammablixtar, uppflammande stjärnor och exotiska explosioner. Vi är bara i början av skjutjärnsastronomin.