Scary Barbie lyser upp rymden

Föreställ dig att centrum av vår egen galax skulle flamma upp och börja lysa hundra gånger så starkt som alla stjärnor i hela Vintergatan tillsammans. På det avståndet skulle den blåvita ljuspunkten vara synlig även på dagen.

Detta tycks ha hänt i en annars osynlig galax uppåt åtta miljarder ljusår bort. Händelsen har fångats upp av teleskop här på jorden och är som en riktigt långvarig explosion – den har nu pågått i över tre år. Skenet klingar långsamt av, men kommer att finnas kvar under lång tid och följas och studeras.

Företeelsen är så unik i skala att forskarna inte riktigt förstår vad det är för något de ser. Två olika tolkningar har lagts fram, och båda involverar ett supermassivt svart hål som sliter och drar i materia som kommit nära.

Oavsett vilken tolkning som är riktig är detta något mycket ovanligt. Det kan mycket väl vara den mest energirika och våld­samma enskilda händelse som någonsin har observerats. Den ursprungliga etiketten ZTF20abrbeie gav upphov till smeknamnet Barbie. När det började stå klart hur skräckinjagande stor händel­sen var blev namnet förstärkt till Scary Barbie. Det låter inte så vetenskapligt, men är effektfullt och lättare att komma ihåg än den kryptiska officiella beteckningen som tilldelats av den internationella astronomiska unionen IAU: AT2021lwx.

Scary Barbie registrerades redan 2020, av teleskopet ZTF (Zwicky transient facility) i Kalifornien och av asteroidvarningssystemet Atlas på Hawaii. Både ZTF och Atlas söker av himlen efter förete­elser som förändras. Automatiska system registrerar potentiellt intressanta saker, som sedan behöver utvärderas av forskare. Till att börja med var det dock ingen som tog notis om just denna udda händelse.

En av dem som jobbar med ZTF är Jesper Sollerman, professor i astro­nomi vid Stockholms universitet. Han har länge fokuserat på att leta efter supernovor. Supernovajägare söker hela tiden av rymden efter objekt som plötsligt flammar upp.

– Vi i supernova-branschen har väl traditionellt mest velat låta bli de svarta hålen som håller på med grejer hela tiden, och som krånglar till det för oss att hitta de riktiga supernovorna. Men med de här teleskopen hittar vi en massa nya sorters fenomen, som finns inuti centrum av galaxerna, säger han.

Forskarna vid ZTF såg fenomenet som senare kom att kallas Scary Barbie, men sorterade bort observationen eftersom det inte verkade vara en supernova. Det var först senare som andra forskare började ta en närmare titt. Men innan vi går in på det är det värt att göra jämförelsen med just supernovor, eftersom de är förknippade med en annan rymdexplosion av rekordklass.

Hösten 2022 observerades nämligen vad som antagligen är den starkaste gammablixten i universum under hela den mänskliga civilisationens existens.

En supernova är i sig själv en riktigt dramatisk händelse, som under en kort tid kan lysa mer än hela sin hemgalax. Supernovor uppstår på två olika sätt. En mycket massiv stjärna som har brunnit ut slutar sitt liv med att explodera i en supernova. Mindre stjärnor kastar bara av sig sitt yttre hölje och falnar sedan till vita dvärgar som långsamt bleknar bort – om de inte råkar ha en närbelägen granne. En vit dvärg som drar till sig material från en grannstjärna kan till slut samla på sig så mycket att den exploderar i en annan typ av supernova.

Supernovor är dessutom upphov till gamma­blixtar, ett fenomen som länge var en gåta för astronomerna.

En gammablixt är en kort uppflammande källa till stora mängder strålning med mycket kort våglängd, gammastrålning. På några sekunder avger den lika mycket energi som solen kommer att ha strålat ut totalt under hela sin livslängd på omkring tio miljarder år.

Gammablixtar upptäcktes på 1960-talet, men det tog flera decennier innan astronomer visste vad de var för något. Jesper Sollerman var med och löste gåtan 2003 med hjälp av det då ganska nya teleskopet VLT – Very large telescope – i Chile.

– I början såg den ut precis som en gammablixt men efter ett tag insåg vi att den såg ut precis som en supernova, så att vi kunde förstå att det var samma sak, berättar han.

En gammablixt är ett smalt och riktat knippe av strålning. Om de råkar stråla åt just vårt håll syns de på enorma avstånd, från långt utanför vår galax. De är lätta att upptäcka eftersom det inte finns något annat som lyser i gammastrålningens våglängder, men de är svåra att studera om de är mycket långt borta. För att avgöra att gammablixtarna kunde vara supernovor behövdes några på till­räckligt nära håll för att kunna ta ett spektrum av efterglöden. Det har också visat sig finnas en annan typ av gammablixt, som kommer från kolliderande neutronstjärnor.

Hösten 2022 upptäcktes gammablixten GRB221009A, som var så stark att den fullständigt bländade de känsliga gammateleskopen på flera satelliter. Den var 70 gånger starkare än någon som tidigare registrerats, och har beräknats vara av en storlek som bara når jorden en gång på tiotusen år. Därför har den kallats för den starkaste genom tiderna, Brightest of all time, förkortat till Boat.

Ett sådant utbrott är otroligt kraftfullt, men kort. Scary Barbie är på en annan skala i både styrka och tid. Låt oss därför gå tillbaka till de fenomen som kan förekomma vid supermassiva svarta hål i centrum av galaxer.

En av dem som fick upp ögonen för Scary Barbie är Philip Wiseman, som forskar i astronomi vid University of Southampton. Forskarlaget han jobbar med började titta närmare på händelsen under hösten 2022.

En av medarbetarna sökte efter en typ av ljussvag supernova som exploderar ensam i universum, och hans algoritm valde ut några kandidater. När han tittade närmare på just denna lade han märke till att det inte alls var någon supernova. Men den var helt klart speciell, inte minst för att den fortsatte lysa så länge. Supernovor klingar till exempel bort på några veckor, men denna har pågått i flera år.

Philip Wiseman och hans kollegor tittade på ett spektrum – en uppdelning av ljuset i dess komponenter – och såg ett karakteristiskt mönster av färger som absorberats av gas när ljuset lämnade sin hemgalax. Mönstret hade förskjutits mot rödare färger, något som beror på att galaxen rör sig bort från oss när universum expanderar, vilket töjer ut längden på ljusvågorna. Sådan rödförskjutning används för att ge ett mått på avståndet till avlägsna fenomen i rymden.

Med utgångspunkt från hur ljust objektet såg ut i teleskopet och hur långt bort det var, kunde forskarna räkna ut hur mycket ljus det sänder ut totalt, under antagandet att lika mycket strålning går ut i alla riktningar. Resultatet var helt förbluffande.

– När vi skrev ner siffrorna tänkte vi att det kan bara inte vara rätt. Så vi dubbel-, trippel-, kvadrupelkollade – är vi säkra på att rödförskjutningen är riktig? För detta liknar inget vi sett förut, säger Philip Wiseman.

De tog hjälp av ett annat teleskop för att studera fenomenet noggrannare. Vid samma tid höll ett amerikanskt forskarlag också på att ta en närmare titt på samma objekt. Båda forskarlagen publicerade nästan samtidigt, men med olika uppfattning om vad de sett.

Amerikanernas förklaring är att det kan ha varit en stjärna med ungefär femton gånger större massa än solen, som kommit nära ett supermassivt svart hål. Den slets sönder när den nådde ett avstånd där gravitationen på ena sidan av stjärnan blev mycket större än på andra sidan. Sådana gravitationsskillnader kallas för tidvattenkrafter, eftersom principen är densamma som i de mycket mildare effekterna som månens gravitation har på jorden.

Den här tolkningen kan stämma, men Philip Wiseman tror att den är osannolik. Massiva stjärnor lever nämligen fort och dör unga. En så stor stjärna lever ungefär 15 miljoner år, vilket är mycket kort med astronomiska mått mätt. Det finns också mycket färre stora stjärnor än små stjärnor.

– Så om du kombinerar chansen att bilda en så stor stjärna med chansen att den hinner växelverka med ett svart hål innan den dör, blir sanno­likheten mycket, mycket, mycket liten, säger Philip Wiseman.

I stället har han och hans kollegor föreslagit att det är fråga om ett stort och ganska kompakt stoftmoln som kommit så nära att det dras in kring det svarta hålet och hettas upp.

De här processerna är besläktade med vad som händer i det som kallas för aktiva galaxkärnor. Där finns ett supermassivt svart hål som samlat på sig en skiva av material där sådana våldsamma processer pågår mer eller mindre konstant.

– En vanlig aktiv galaxkärna håller på och mullrar hela tiden. Man kan följa den i femtio eller hundra år och den kommer alltid att ha någon sorts aktivitet, säger Jesper Sollerman.

De kraftfullaste aktiva galaxkärnor vi känner till kallas för kvasarer. Det som gör dem så starka är att de drivs av den oerhörda gravitationen från supermassiva svarta hål i galaxernas mitt. Inget annat i universum kan ge så mycket energi som en kvasar.

– Det går inte med supernovor som är enskilda stjärnor som väger 10 solmassor. Här har man ju liksom en miljard solmassor som man kan använda gravitationen från, säger Jesper Sollerman.

De flesta galaxer anses ha ett supermassivt svart hål i sitt centrum. Många är normalt lugna och tysta – som det i vår egen galax – helt enkelt för att det finns för lite material i deras närhet för att det ska hända något. Men så kan det dyka upp något i närheten som matar in nytt material, som får en tyst galax att flamma upp. Kvasarerna är dramatiska, men lyser ofta stabilt och konstant. Något som nu också börjar utforskas är att aktiva galaxer med en annars stabil nivå av aktivitet också plötsligt kan förändras och tillfälligt se annorlunda ut.

Sådana variabla fenomen i galaxers kärnor börjar alltså utforskas mer och mer. Men det är tydligt att det är relativt ovanligt att se händelser där tidvattenkrafterna sliter sönder något objekt, som då flammar upp på liknande sätt som i Scary Barbie.

– Det är nog vi vid ZTF som har bäst statistik, och i de artiklar vi har publicerat finns det 30 sådana objekt ungefär. På samma tidsrymd har vi hittat 10 000 supernovor. Så det säger ju någonting om hur ovanliga de här sakerna är, säger Jesper Sollerman.

Forskare kommer att fortsätta ha ögonen på AT2021lwx, eller Scary Barbie, under åren framöver. Samtidigt får vi nog se fler exempel på liknande fenomen, om än mindre kraftfulla. Det nya Vera Rubin-teleskopet, med världens största digitalkamera, kommer att vara ett perfekt instrument för att hitta fler händelser av samma typ. Jesper Sollerman tror att det skulle kunna fånga upp tiotusentals, som kan följas över flera år och kategoriseras i olika typer.

– Min tolkning är att vi verkligen är i början av att få koll på alla sorters fenomen som kan hända kring de här stora svarta hålen, säger Jesper Sollerman.

Det är något kittlande och lite skrämmande med enorma tid­vattenkrafter som sliter sönder stjärnor och lyser mer än flera galaxer. Samtidigt är dessa händelser betryggande avlägsna. Philip Wiseman kan ändå försäkra oss om att om en sådan händelse skulle ske i vår egen galax, som i tankeexperimentet som inledde denna artikel, så skulle det antagligen vara ofarligt. Det skulle se dramatiskt ut, men strålningen är tillräckligt diffus och utspädd för att vara oskadlig, till skillnad från sådana riktade fenomen som en gammablixt.

– Vi har inte sett någon radiostrålning från AT2021lwx, så den verkar inte ha några farliga riktade jetstrålar som gammablixtar har, säger Philip Wiseman.

Vintergatans centrum är dessutom inbäddat i stoftmoln som absorberar mycket strålning, så vi kanske inte ens skulle se något.