Supernova 1987A fyller 20 år

Den 24 februari 1987 såg Ian Shelton något nytt på sina bilder av vår granngalax Stora magellanska molnet. Det fick honom att göra något ganska ovanligt för en astronom – han gick helt enkelt ut i den chilenska ökennatten, lyfte blicken och tittade efter. Han fick då syn på det första stjärnutbrottet som mänskligheten kunnat se med blotta ögat sedan Keplers supernova år 1604.

Jag skriver denna text i Atacamaöknen bara några bergstoppar bort från upptäcktsplatsen. Här har jag utmärkt utsikt över vår satellitgalax Stora magellanska molnet, som ligger bara 160 000 ljusår bort – hundratals eller tusentals gånger närmare än de supernovor som vi vanligtvis studerar. Att vi för första gången sedan teleskopets tillkomst kunnat följa en supernovaexplosion på så nära håll har naturligtvis varit en jättechans för supernovaforskarna. Vad har vi då lärt oss?

Neutriner de första budbärarna

Det allra viktigaste var kanske att Ian Shelton egentligen inte var den första att ”se” supernovan. Redan på morgonen den 23 februari noterades i ett par underjordiska detektorer sammanlagt nitton ynka neutriner av de myriader som explosionen alstrade. Det var dock tillräckligt för att i stora drag kunna styrka den bild som forskarna hade av hur en massiv stjärna först kollapsar och sedan exploderar som en supernova.

Flera timmar innan ljuset från explosionen hade nått jorden skapades de spöklika neutrinerna i stjärnans mitt och flög sedan obehindrat rakt genom stjärnan och rymden till våra underjordiska detektorer. Japanen Masatoshi Koshiba, som ledde Kamiokandedetektorn, fick härom året (2002) dela Nobelpriset i fysik bland annat för upptäckten av dessa neutriner, de första som setts från en källa bortom vårt eget solsystem.

Supernova 1987A har också gett underlag till mycket forskning i Sverige. Astronomiprofessorn Claes Fransson vid Stockholms observatorium och hans grupp har studerat supernovan från allra första början. Inte mindre är tre doktorsavhandlingar har kommit från gruppen om denna supernova, ett av universums flitigast studerade objekt.

Supernovan speglas i sina moln

I början var astronomerna en smula förbryllade. Det var första gången man lyckades identifiera den stjärna som sedan hade exploderat. Stjärnan SK-69202 var ungefär tjugo gånger massivare än vår egen sol, precis som man kunde förväntat sig av en supernova.

Men den var inte någon röd jättestjärna som modellerna förutsagt, utan en kompaktare blå jättestjärna. Det gjorde att supernovan inte blev riktigt så ljusstark som man hade tänkt sig. Trots det lyste den 100 miljoner gånger starkare än vår sol! Snart hittade man också bevis för att det fanns en del materia nära supernovan, sannolikt utkastat från stjärnan långt innan den exploderade.

Rymdteleskopets intåg 1990 var särskilt viktigt för forskningen om SN 1987A. Nu klarnade bilden, och supernovan och dess märkliga trippelringssystem framträdde. Den inre ringen rör sig bara långsamt utåt, vilket tyder på att denna gas kastats ut från stjärnan 20 000 år innan den exploderade. Strax innan våra förfäder började måla sina bilder i Altamiragrottan alltså. De yttre ringarnas ursprung är fortfarande tämligen oklart för forskarna.

År 1989 försvarade Peter Lundqvist sin avhandling som handlade om materien kring supernovan. Han använde sig bland annat av det faktum att denna omkringliggande gas lysts upp av själva explosionen, och att man på så sätt faktiskt kunde studera supernovans allra första tid genom att studera dessa reflektioner.

I kollision med omgivningen

I utbrottet skapades nya grundämnen. Några av dem är radioaktiva och sönderfaller med tiden, och energin från dessa ständiga sönderfall lyser upp gasen. Med SN 1987A lyckades man bekräfta detta genom att direkt mäta de gammastrålar som skickas ut av det radioaktiva sönderfallet. Att vi kunde se gammastrålarna visade också att dessa tyngsta grundämnen som har skapats i stjärnans centrum måste ha tagit sig ut mot stjärnans yta.

Cecilia Kozma levererade sin avhandling år 1996. Hon beskrev i detalj hur och varför supernovan fortsatte att skina i flera år. Genom att jämföra sina datormodeller med observationer av SN 1987A räknade hon fram hur mycket nybildat radioaktivt nickel och titan som behövdes för att hålla supernovan lysande.

Efter de första åren började en annan process göra sig påmind. När den massiva stjärnan exploderade slungades dess innanmäte ut med tusentals kilometer i sekunden. Men rymden runt omkring är inte tom. När supernovagasen dundrar in i den omkringliggande materien skapas kraftiga kollisioner som lyser upp gasen.

Jag har redan nämnt den märkliga inre ringen som sannolikt härrör från stjärnans tidigare dagar. Tio år efter explosionen upptäckte astronomerna en ny ljusstark fläck på ringen. Denna första så kallade hot spot visar var den materia som kastats ut vid explosionen först krockade med den inre ringen. Beräkningar visade att supernovagasen rör sig med minst 4 000 kilometer i sekunden. Ett år senare dök ännu en hot spot upp, och i dag skiner hela den inre ringen som ett lysande pärlhalsband.

Supernovans kollision med ringen

Vid Stockholms observatorium är Per Gröningson i gång med att skriva ihop sitt bidrag till supernovaforskningen. Gröningsons avhandling beskriver just detaljerna av supernovans kollision med ringen, baserat på nya observationer med Very Large Telescope i Chile.

Före februari 1987 var supernovaforskningen ett ganska litet fält inom astronomin. Nu finns det fler supernovaastronomer är någonsin förut. Det är inte bara SN 1987A:s förtjänst. Supernovaforskningen har även gått vidare i flera andra riktningar.

Mest spännande är kanske att man numera använder så kallade termonukleära supernovor för att undersöka universums expansion. Det var sådana supernovaexplosioner som år 1998 visade att universums expansion inte saktar ner som vi tidigare trott utan går fortare och fortare, driven av det som vi kallar mörk energi. De senaste åren har också visat att supernovor ligger bakom så kallade gammablixtar, vilket skapat ännu ett uppsving för supernovaforskningen.

I dag hittar man hundratals nya supernovor varje år. De flesta upptäcks av sökprogram på stora teleskop, men fortfarande hittas några av amatörastronomer. Den allra första supernovan som hittats från Sverige upptäcktes förresten i oktober 2006 av en amatör, Gregor Duszanowicz, från hans hemmaobservatorium i Åkersberga. Men de supernovor som jag nu sitter och observerar i Atacamaöknen, är så långt borta att vi aldrig kommer att kunna studera dem i detalj. SN 1987A är och förblir därmed unik.

Neutronstjärna eller ett svart hål?

Flera mysterier dröjer sig kvar kring SN 1987A. Främst undrar man vart neutronstjärnan har tagit vägen. De neutriner som man hittade verkade bekräfta en explosion där stjärnans innersta kärna pressats samman till en kompakt neutronstjärna. Så brukar det bli. Paradexemplet är Krabbnebulosan, resterna av den supernovaexplosion som kinesiska astronomer bevittnade år 1054. Mitt i denna nebulosa ligger Krabbpulsaren, en snabbt roterande neutronstjärna.

Men ingen motsvarighet har hittats i SN 1987A. Det står helt klart att ingen snabbt roterande energirik pulsar finns där. Kanske finns där ingen neutronstjärna alls, utan möjligen kollapsade kärnan så småningom till ett svart hål.

En ytterligare fråga gäller de märkliga ringstrukturerna kring SN 1987A – hur skapades de? Och var är allt stoft? Borde det inte ha formats mer stoft i supernovan än vad som syns i ringarna?

Vad kommer då att hända framöver? Krocken mellan supernovagasen och den omkringliggande gasen kommer att fortsätta. Om något tiotal år har supernovagasen hunnit ut till de yttre ringarna, och vi får en ny chans att studera dessa. Under tiden blir gasen allt glesare och genomskinligare, och då blir det kanske lättare att ta reda på exakt vilka grundämnen som bildades i explosionen. Supernovor är ju kosmiska fabriker för tyngre grundämnen, sådana som syre, järn och guld. Trots detta har det varit svårt att se exakt hur mycket sådana ämnen som skapades i SN 1987A – den supernova som vi ändå vet mest om. Med tiden kan det också bli lättare att få syn på neutronstjärnan, om det nu finns en sådan i mitten av resterna från supernovan.