Hur gick det till när den berömda supernovan som syntes i Cassiopeia 1572 exploderade? En ny tredimensionell analys av mätningar med röntgenteleskopet Chandra ger astronomer helt nya insikter.
I november 1572 syntes en ny, ljusstark stjärna i stjärnbilden Cassiopeia. Genom noggranna observationer kunde Tycho Brahe visa att fenomenet befann sig bortom planeterna, och att det alltså fanns föränderliga stjärnor. Detta var en viktig avvikelse från den antika världsbilden, där det antogs att stjärnorna inte kunde förändras.
Supernovor av samma sort som Tychos supernova, typ Ia, används idag för att mäta universums expansion. Bättre kunskap om hur dessa supernovor exploderar kan hjälpa oss att mäta expansionen med större precision än idag.
Prisbelönta måttstockar
Idag vet vi att Tychos nya stjärna var i själva verket en gammal stjärna som exploderade som en supernova. En sådan explosion kan i flera veckor lysa lika starkt som miljarder solar. Ljusstyrkan hos en Typ Ia-supernova ändras på ett sätt som ofta är inbördes mycket likt, olika Ia-supernovor emellan. Detta gör dem till utmärkta avståndsmarkörer: Eftersom den absoluta ljusstyrkan är välkänd kan den skenbara ljusstyrkan lätt räknas om till avstånd. Dessa supernovor används på så vis för att kartlägga universums expansion, vilket gav Nobelpris i fysik 2011.
Allt tyder på att det är vita dvärgstjärnor som ger upphov till typ Ia-supernovorna. Hittills har det dock inte gått att säkert peka ut just vilken slags explosion som givit upphov till någon viss Ia-supernova. Om detta blir klarlagt kan kosmologerna dra ännu större nytta av Ia-supernovorna som avståndsmarkörer.
För att utforska explosionsmekanismen har vi hjälp av de supernovarester som finns i vår galax, Vintergatan. En av dem är resten efter Tychos supernova, numera en pigg 447-åring som fortfarande kan observeras i Cassiopeia. Två olika forskarlag ledda från RIKEN-centret i japanska Saitama har presenterat nya rön om detta i forskningstidskriften Astrophysical Journal.
Resterna efter en supernova
Materialet i en supernova slängs ut i rymden med fler tusen kilometer i sekunden och de första åren går expansionen ganska obehindrat. Med tiden skingras supernovan till en s.k. supernovarest och efter några sekler börjar materialet i supernovan att sopa allt mer gas och stoft ur den interstellära rymden framför sig. Supernovaresten är nu flera ljusår i diameter. När det snabba supernovamaterialet möte det långsamma interstellära mediet uppstår kraftiga chocker som hettar upp materialet. Det strålar då kraftigt i bland annat röntgenstrålning.
Observationer vid dessa våglängdsområden med rymdteleskopet Chandra visar ett invecklat och detaljrikt mönster som forskarna studerat för att försöka lära sig mer om explosionsmekanismen bakom Tychos supernova.
Vad säger oss klumparna?
Astronomen Gilles Ferrand och hans kollegor har gjort datormodeller av Tychos supernovarest, där de räknat sig framåt från själva supernovaexplosionen till dagens supernovarest. De påpekar i sin artikel att andra forskare sällan simulerar den ursprungliga explosionen när de studerar supernovarester. Ferrand och hans grupp har använt en modell signerad astrofysikern Ivo Seitenzahl som räknar fram asymmetriska explosioner. Tidigare beräkningar har oftast utgått från sfärisk symmetri.
Det visar sig att en explosionsmodell med asymmetrier ger en modell av supernovaresten som bättre liknar den som Chandra-bilderna visar oss, än om man räknat på en symmetrisk explosion. Den klumpiga och trådiga struktur som vi ser nästan 500 år efter explosionen verkar alltså fortfarande bära spår efter den mycket unga supernovan. Med verktyget Sketchfab kan man själv studera modellerna som Ferrand och hans team sgjort. Har du tillgång till en 3D-skrivare kan du rentav skriva ut dem!
Toshiki Sato har lett sina kollegor i en statistisk studie av Tychos supernovarest. På klumparna i supernovaresten har de tillämpat en statistisk metod som tidigare använts för att undersöka den storskaliga fördelningen av galaxer i universum. Vid jämförelse med bilder från Chandra gör Sato et al. tolkningen att supernovaresten bär spår av ojämnheter i den ursprungliga explosionen.
Såväl Ferrands som Satos grupper når alltså slutsatsen att supernovaexplosionen efter hundratals år ännu sätter sin prägel på supernovaresten. De Ia-supernovarester vi ser i Vintergatan idag skulle alltså kunna ge fler ledtrådar till hur de vita dvärgarna exploderar.
Tycho, Kepler… och vi?
Efter Tychos supernova i Cassiopeia 1572 och Keplers i Ormbäraren 1604 har ingen supernova siktats för blotta ögat i Vintergatan. När smäller det nästa gång här på hemmaplan? Vi skiljer på Ia-supernovorna och de övriga supernovatyperna, som är exploderande superjättestjärnor. Antalet superjättestjärnor som exploderar i Vintergatan uppskattas till ungefär 3 per sekel. Antalet Typ Ia-supernovor är ca 1 per sekel i vår galax. Ofta hindrar oss dock stoftet och gasen i Vintergatan från att se de supernovor som exploderar bakom husknuten.
När en superjättestjärna exploderar sänds en ymnig skur neutriner ut. För drygt trettio år sedan fångades neutriner upp från supernova 1987A i vår granngalax Stora magellanska molnet. Idag finns system som kan fånga upp en sådan skur och förvarna när det smäller så att vi kan rikta teleskopen rätt. Ia-supernovor, däremot, sänder inte ut någon nämnvärd neutrinoskur. Ny forskning som leds av astronomen Xilu Wang i USA pekar på att den gammastrålning som tidigt sänds ut av en Ia-supernova skulle kunna varsla oss om en sådan, även om dess synliga ljus skyms av stoft.
Rymdteleskopen Fermi och Swift har instrument som kan fånga upp denna gammastrålning. Möjligen blir det därifrån vi nås av budskapet om nästa Ia-supernova i Vintergatan. När den stunden kommer får vi förhoppningsvis möjlighet att inte bara som Tycho förundras över explosionen utan också förstå den.
