#
Den alltmer avancerade utforskningen av rymden har gjort det möjligt för oss att observera ett stort antal fenomen som skulle vara omöjliga att återskapa här på jorden. Fenomen som ibland är spektakulära och ibland destruktiva, inklusive supernovor. Ordet supernova användes för första gången av Walter Baade och Fritz Zwicky 1931 och är faktiskt den största explosion som människan någonsin sett.
En av de mest katastrofala händelserna i universum involverar en massiv stjärna i sin sista tid, när den exploderar, förstör sig själv och frigör enorm energi. I det ögonblicket blir himlakroppen så ljus att den lyser starkare än en hel galax. Det ljus som stjärnan sänder ut till följd av explosionen varar i några månader och kan jämföras med det ljus som vår sol kan sända ut under en miljard år.
Och inte nog med det, den genererar på något sätt några av de mest exotiska objekten, som till och med åtföljer neutronstjärnor, pulsarer och svarta hål.
Allt detta sker naturligtvis vid mycket höga temperaturer, som kan nå upp till svindlande hundra miljarder Kelvin.
Vad en supernova är och hur den skapas
Vissa skulle säga att en supernova är det sista hoppet för en döende massiv stjärna. Den involverar stjärnor med stor massa, mer än 8 solmassor, under vissa omständigheter 10, och är en mer energirik stjärnexplosion än en nova. Supernovor är mycket ljusstarka och ger upphov till en strålning som åtminstone under korta perioder kan överstiga den som en hel galax ger ifrån sig.
Under ett tidsintervall som vanligtvis varierar från några veckor till några månader avger en supernovaexplosion, förutom sin stora "smäll", lika mycket energi som solen förväntas avge under hela sin existens. Därefter når den en temperatur på hundra miljarder Kelvin i ungefär femton sekunder, men bara om stjärnan har en massa som är minst nio gånger större än vår sol.
Du förstår då att vi står inför ett mycket mer tragiskt slut, och samtidigt ett verkligt naturskådespel, än de mindre stjärnorna. Det räcker med att säga att denna typ av stjärnexplosion kastar ut större delen eller hela det material som stjärnan består av med en hastighet på upp till 30 000 kilometer per sekund, dvs. nästan 10 procent av ljusets hastighet.
Och medan de enda möjliga kärnreaktionerna för stjärnor med låg massa är väte och helium, och endast sällsynt kol, kan stjärnor med högre massa nå temperaturer som är tillräckligt höga för att utlösa ytterligare kärnfusion under de kompressionsperioder som är förknippade med utarmning av någon av bränsleformerna.
En annan skillnad mot mindre stjärnor är att större stjärnor kan blanda de inre elementen bättre, vilket gör att väte kan glida tillbaka in i kärnan. Bortsett från de tekniska detaljerna producerar denna process ändå massor av energi och kärnan blir mycket varm. Värmen är sådan att den genererar ett starkt tryck som, i en lång dragkamp med gravitationen, leder till att en mängd olika reaktioner sker samtidigt i stjärnstrukturens olika lager.
När heliumet successivt smälts samman till tyngre och tyngre grundämnen, en sekvens som kallas heliumfångst, fortsätter kärnan att kollapsa med en temperatur som stiger till 600 miljoner grader Kelvin: detta är tillräckligt för att utlösa den oundvikliga reaktionen av kol till tyngre grundämnen som syre, neon, natrium och magnesium.
Kolfusionen i sig ger en helt ny energikälla som kan balansera den "kamp" mellan gravitation och tryck som kännetecknar dessa extremt lysande superjättar med stor radie och låg densitet. När kärnfusionen som klarar av gravitationen är avslutad imploderar stjärnan och massan är för stor för att stjärnkärnan ska kunna stå emot.
En supernovaexplosion uppstår, vilket som sagt är en av de mest våldsamma händelserna i det inre universum. För att göra det ännu enklare kan vi säga att när en massiv stjärna brinner ut kyls den ner, vilket gör att trycket sjunker. Gravitationen vinner alltså och stjärnan kollapsar plötsligt.
Supernovatyper
Tecknet supernova härstammar från termen "nova", som brukade hänvisa till stjärnor som dök upp på himlen på platser där det tidigare inte funnits några spår av dem, vilket tyder på att en "ny" stjärna har fötts. På grund av den ljusstyrka som dessa framträdanden hade, betonades ordet "supernova", även om vi vet att det i själva verket rör sig om en döende stjärna. Hittills har astronomer observerat att det finns två typer av supernovor som skiljer sig åt i fråga om explosionsmekanism och typ av stjärnor som explosionen utgår från.
Supernovor av typ I utgår inte från enskilda stjärnor utan från så kallade binära system, dvs. system som består av två närliggande stjärnor som roterar runt ett gemensamt tyngdcentrum. De binära system som kan utlösa en supernova av typ I är vanligtvis sådana som består av en vit dvärg av syre och kol och en så kallad följeslagarstjärna. På grund av det extremt höga trycket och den extremt höga densiteten befinner sig den materia som utgör den förstnämnda stjärnan i ett tillstånd som forskarna kallar "degenererat".
Detta tillstånd är bara stabilt om stjärnans massa är under ett tröskelvärde som kallas "Chandrasekar-massa", vilket är 1,4 gånger solens massa. Om den vita dvärgen ingår i ett binärt system kan dess gravitationsfält vara så starkt att det tvingar den närliggande kompanjonstjärnan att överföra sin massa till den. Som ett resultat börjar dvärgen växa exponentiellt tills den överskrider Chandrasekar-gränsen och drar ihop sig.
Kontraktionen utlöser de kärnreaktioner som vi redan känner till, och den energi som frigörs är tillräcklig för att få stjärnan att explodera helt och hållet, och den sönderfaller och lämnar inget annat än stoft i rymden.
Supernovor av typ II däremot uppstår i särskilt massiva stjärnor, vanligtvis omkring 10 gånger vår Sols massa. De är relativt kortlivade, inte längre än 10 miljoner år, och under hela sin livstid tenderar kärnbränslet i stjärnans centrum att växla cykliskt från ett grundämne till ett annat. Vid varje "omvandling" drar kärnan ihop sig under inverkan av gravitationen och lyckas höja temperaturen tillräckligt mycket för att utlösa förbränningen av det nya kemiska elementet. Med tanke på att järn av naturliga skäl inte kan genomgå ytterligare fusion för att producera energi, kommer kärnans sammandragning att vara ostoppbar och helt oåterkallelig när det väl är dess tur.
På bara några tiotals sekunder krymper kärnans diameter från ungefär halva jordens radie till drygt 10 kilometer, och chockvågen som produceras på detta sätt sprider sig genom stjärnans yttre lager på ungefär två timmar. När den når ytan exploderar stjärnan. Allt material som utgör den yttre delen av stjärnan kastas ut i rymden med en hastighet av cirka 15 000 kilometer per sekund, medan den kvarlämnade resterna kan, beroende på dess massa, vara en neutronstjärna, även känd som en pulsar, eller ett svart hål.
Betydelsen av en stjärnexplosion
Supernovan är visserligen ett destruktivt fenomen, men den spelar ändå en nyckelroll i universums utveckling, med effekter som även kan märkas här på jorden. För det första har denna dundrande stjärnexplosion visat sig vara den mest effektiva och fullständiga mekanismen för den kemiska berikningen av galaxer. Det är inte alla som vet att de flesta av de grundämnen som finns i galaxen, på jorden och i människorna idag inte uppstod när universum föddes efter Big Bang, utan att de syntetiserades i stjärnorna, inklusive syret vi andas!
När supernovorna exploderar återvänder stjärnmaterialet, som är rikt på kemiska grundämnen, till rymden och berikar molnen av interstellär gas och stoft som senare kommer att ge upphov till nya stjärnor, planeter och galaxer. Explosionens energi gör det möjligt att omvandla de grundämnen som redan finns där och på så sätt komplettera alla de grundämnen i det periodiska systemet som vi känner till.
Explosionen av en supernova uppmuntrar dessutom till att nya stjärnor föds, vilket skapar en positiv cirkel som leder till nya livsformer. Detta beror på att den chockvåg som explosionen ger upphov till sprider sig genom de interstellära gas- och stoftmolnen och orsakar densitetsvariationer. Variationerna leder till att gasen drar ihop sig och att en ny stjärna bildas.
Kosmos har därför också sin egen unika livscykel: när en stjärna dör skapas de förutsättningar som krävs för att andra ska kunna leva. Det är därför ingen överraskning att supernovor studeras så mycket. Tyvärr är det inte möjligt för oss att veta när och var en supernova kommer att explodera, men astrofysiker kan upptäcka dem genom att kontinuerligt övervaka ett stort antal galaxer. Det krävs också mycket tålamod, eftersom antalet galaktiska supernovaexplosioner i genomsnitt bara är en vart 30-50:e år.