När en stjärna förintas i en explosion kallas det för supernova. Den energi som sänds ut i form av elektromagnetisk strålning (bl.a. synligt ljus) i explosionen kan, under de månader som supernovan är synlig, jämföras med den energi som supernovans hemgalax strålar ut på samma tid. Även jämfört med andra supernovor var SN 2015L mycket ljusstark; över 100 gånger ljusstarkare än de flesta ”vanliga” stjärnexplosioner. Detta gör SN 2015L till vad som kallas en ”superluminös supernova” (SLSN). Dessa SLSN är ljusstarkare än vanliga supernovor, och ovanligare. Dong och hans forskarlag presenterar sin upptäckt i en artikel som är tillgänglig i en förhandsversion.
Hur hittades SN 2015L?
Supernovan hittades med hjälp av optik som, även av vissa amatörastronomer, skulle kallas blygsam. Instrumentuppsättningen Cassius vid Cerro Tololo i Chile bestod, då upptäckten gjordes, av två teleobjektiv med vardera 14 cm öppning. Tillsammans med liknande instrument på norra halvklotet ingår Cassius i projektet ASAS-SN (”All-Sky Automated Survey for Supernovae”) som på jakt efter nya supernovor, med 2-3 nätters period, fotograferar hela stjärnhimlen ner till magnitud 17,3. Man registrerar alltså 33 000 gånger svagare ljus än vad människoögat kan uppfatta. Det var 14 juni 2015 som Cassius i en outforskad galax i stjärnbilden Indianen fotograferade en ljuskälla som inte synts där förut. Andra teleskop fick följa upp och bekräfta upptäckten, och ljuskällan fick namnet ASASSN-15lh. Man insåg att det troligen var en supernova som hittats, vilket meddelades via Astronomers’s Telegram nr 7642.
Med hjälp av 2,5 m du Pont-teleskopet i Chile kunde man 21 juni ta ett spektrum av ASASSN-15lh för att försöka ta reda på vilken typ av supernova det rörde sig om. Spektrum antydde att det kunde handla om en SLSN, men bekräftelse behövdes. Med 10 m SALT-teleskopet i Sydafrika och 6,5 m Magellan/Clay-teleskopet i Chile tog man i juli fler spektra. Med hjälp av dem kunde man avgöra hur rödförskjutet ljuset från supernovan var, alltså hur mycket universums expansion tänjt ut ljuset. Astronomerna anger rödförskjutningen som z = 0,2326 vilket motsvarar att ljuset från supernovan varit på väg till oss i ca 2,8 miljarder år. När avståndet var känt stod det klart att den absoluta ljusstyrkan överträffade den hos en vanlig supernova, och var mer än dubbelt så stor som hos de tidigare SLSN-rekordhållarna. En bulletin om upptäckten gick ut 24 juli via centralbyrån för astronomiska telegram, som gav ASASSN-15lh namnet SN 2015L. Dess spektrum visade inga tecken på väte eller helium, vilket gör SN 2015L till en SLSN av typ I. Om väte funnits hade den klassats som typ II, enligt samma system som klassar vanliga supernovor. Genom att titta på äldre ASASSN-bilder fann man att SN 2015L syntes redan 8 maj. Troligen nådde supernovan sin maximala ljusstyrka 5 juni, av arkivbilderna att döma, med en skenbar magnitud på 16,9.
Vilken mekanism driver SN 2015L?
Tänk dig att SN 2015L exploderat på den plats där vår grannstjärna Sirius befinner sig. Då hade explosionen sett lika ljusstark ut som solen, fastän vi i vår tankelek placerat den drygt 8 ljusår bort. Hade SN 2015L smällt av på samma avstånd som vår granngalax Andromedagalaxen hade den synts som en första magnitudens stjärna (lika ljus som t.ex. Spica i Jungfrun), tydlig för blotta ögat. Att förklara en supernova som, vid maximum, har en absolut ljusstyrka 100 gånger större än i en vanlig stjärnexplosion sätter vår förståelse av supernovor på prov.
När en vanlig supernova exploderar är antingen vita dvärgstjärnor eller jättestjärnor inblandade. En vit dvärgstjärna kan fås att explodera genom att material från en grannstjärna spiller över på den vita dvärgen, eller genom kollision med en annan vit dvärg. En jättestjärna exploderar sedan dess inre rasat samman. Det som vanligen får en supernova att lysa under de följande månaderna är när radioaktivt nickel-56 i supernovan sönderfaller och sänder ut gammastrålning. Energin från denna gammastrålning får supernovan att lysa. Sönderfallstakten för nickel-56 är känd, och bestämmer i många fall hur en supernovas ljusstyrka avtar med tiden. I fallet med SN 2015L avtog ljusstyrkan efter maximum med 1 magnitud på tre veckor, vilket är för hastigt för att nickel-sönderfall ska kunna förklara det. Observationer med australiensiska radioteleskop i november antyder (tillsammans med spektra tagna i synligt ljus under oktober) att supernovan inte omges av något väterikt hölje. Runt en del supernovor finns sådana höljen, och när materialet från supernovan plöjer in i höljet sänds det ut ljus som gör supernovan ljusare än den annars skulle vara. Denna mekanism verkar dock inte gälla för SN 2015L.
Det spekuleras i att energikällan för SN 2015L skulle kunna vara en neutronstjärna med starkt magnetfält och kort rotationsperiod, en s.k. magnetar. En sådan kompakt stjärnrest skulle, då den tappar rotationsfart, kunna förse supernovan med energi och få den att lysa extra starkt.
Skulle SN 2015L kunna vara något annat än en supernova? Dong och medarbetare överväger alternativa förklaringar, men anser att en supernova stämmer bäst med observationerna. En möjlighet kunde vara att det man sett är en stjärna som slits sönder av tidvattenkrafterna från det supertunga svarta hålet i värdgalaxens mitt. De spektra man har av SN 2015L verkar dock inte stämma med sådana man skulle få från en tidvattensöderslitning av en stjärna.
Var hör SN 2015L hemma?
Den galax där SN 2015L exploderade var tidigare nästan helt okänd, bara en galax bland miljontals andra i galaxkatalogerna. Man vet sedan tidigare att vissa typer av supernovor oftast äger rum i vissa typer av miljöer, t.ex. syns ofta exploderande jättestjärnor i spiralgalaxernas armar. Hittills har SLSN av typ I hittats i dvärggalaxer med livlig stjärnbildning. Värdgalaxen där SN 2015L ligger verkar däremot, efter noggrannare studier, vara en riktig bjässe. Den är, i absoluta mått, minst lika ljusstark som vår galax Vintergatan och visar tecken på liten nybildning av stjärnor. Dessa skillnader i miljö mellan SN 2015L och andra SLSN typ I förbryllar. Möjligen befinner sig SN 2015L i en dvärggalax som syns längs siktlinjen mot den stora galaxen. Om högupplösta bilder tas av galaxen efter att supernovan falnat kan detta möjligtvis klargöras.
SN 2015L är den nuvarande rekordhållaren bland extremt ljusstarka supernovor. Dess energikälla och dess lokala omgivning är för närvarande gåtor som kommer att hålla astronomin sysselsatt under en spännande tid framöver.
