Kvittrande supernova bakom extrema stjärnexplosioner

En miljard ljusår från jorden exploderade en stjärna i en supernova, som har fångat forskarnas intresse. Just denna tillhör en klass av extremt ljusstarka supernovor. Hur de blir så ljusstarka har länge varit ett mysterium.

Massiva stjärnor, som har en massa över åtta gånger solens, avslutar sina liv i dramatiska explosioner – i supernovor. Vanligtvis följer de ett tydligt mönster, där stjärnans kärna först kollapsar och sedan våldsamt kastar ut materia i chockvågor. Efter explosionen finns ett kompakt objekt kvar: antingen en neutronstjärna eller ett svart hål. 

För att skapa en extra stor explosion behövs extra mycket energi. En förklaring till varifrån den extra energin kommer kan vara att supernovan bildat en snabbt roterande neutronstjärna med ett ytterst starkt magnetfält – en magnetar. Om en magnetar kan fungera som ett batteri för att skapa en extremt ljusstark supernova har debatterats. 

Joseph Farah är doktorand vid Las Cumbres observatory och är en av forskarna bakom den nya upptäckten.

– Det här är det första direkta beviset för en magnetar-källa i en superluminös supernova, säger Joseph Farah. 

Supernovan observerades under sex månader och forskargruppen upptäckte att dess ljusstyrka följde ett ovanligt mönster – den varierade med toppar och dalar. När en stjärna exploderar ökar ljusstyrkan vanligtvis snabbt för att sedan minska under en längre tid. För denna supernova ökade och minskade ljusstyrkan om vartannat, och tiden mellan varje svängning minskade. Det betyder att svängningarnas frekvens ökade med tiden, något som kan liknas med en ton som stiger – likt ett fågelkvitter. 

– Upptäckten är otroligt ovanlig. Av de över 15 000 supernovor som har observerats i mänsklighetens historia är detta det första kvittret, berättar Joseph Farah.

Kvittrandet kan inte förklaras enbart av magnetar-teorin, utan även andra effekter spelar in. När en stjärna exploderar kan det utkastade materialet falla tillbaka in mot explosionen. Materialet kommer då att slungas runt av det nybildade kompakta objektet och bilda en skiva av stjärnmaterial, som inom rymdfysiken kallas ackretionsskiva. 

Forskargruppen föreslår att det är en magnetar som tack vare att den är oerhört kompakt och roterar väldigt snabbt, ungefär ett varv på en millisekund, kommer att påverka rumtiden runt sig. Modellen tar hänsyn till denna relativistiska effekt. 

– Du kan föreställa dig en snurrande boll på ett silkeslakan. Bollen kommer att dra med sig lakanet så att det snurrar ihop sig. Om en myra sitter stilla på lakanet nära bollen, kommer den att följa med rörelsen, eftersom lakanet rör på sig. Det kallas Lense-Thirring-effekten, säger Joseph Farah.

Om skivan inte är exakt vinkelrät mot neutronstjärnans rotationsaxel kommer skivan att rotera i en ojämn rörelse. Det blir som en snurrande frisbee på ett finger: om fingret inte är exakt i mitten, kommer frisbeen att börja vobbla. När supernovan observeras från jorden kommer skivan ibland att blockera ljuset så att den ser ut att blinka som en kosmisk fyr. När skivan dras närmare neutronstjärnan snurrar den allt fortare och börjar då vingla ännu mer. Detta kan förklara att ljusstyrkan varierar med tiden, men också att frekvensen ökar – att supernovan kvittrar.

Denna upptäckt kan vara en lösning på hur superstarkt lysande supernovor föds. Men mer forskning behövs för att utesluta andra förklaringar och för att förstå dessa extremt ljusstarka supernovor bättre. 

– Det är möjligt att när vi lär oss om dessa objekt, så kan det finnas andra förklaringar bakom kvittret. Dessa objekt är dåligt förstådda, och det är vad som gör dem så spännande! konstaterar Joseph Farah.