Supernova i repris om 16 år

Vad sägs om att förutsäga en supernova 16 år i förväg som också blivit observerad tre gånger under 2016? Detta är inte astrologi eller något annat hokus pokus. I en nyligen publicerad studie i Nature presenteras observationer av en supernova som syns flera gånger på grund av en kraftig gravitationslins. Ljuset från supernovan böjs runt på olika vägar av gravitationslinsen och når jorden vid olika tillfällen från något varierande riktningar. Den är redan observerad tre gånger, en fjärde möjlighet kommer om ungefär 16 år.

För drygt 10 miljarder år sen exploderade en stjärna som en supernova i den avlägsna galaxen MRG-M0138. Ljuset från explosionen spred sig åt alla håll, även i riktning mot där Vintergatan och vår jord kom att ligga idag. På vägen – ungefär 4 miljarder ljusår bort från jorden – ligger en massiv galaxhop vid namn MACS J0138.0-2155. Utan den hopen hade antagligen Hubbleteleskopet varken kunnat se något ljus från vare sig supernovan eller ens galaxen den inträffade i. Galaxhopen som ligger i vägen är nämligen tung nog att kröka rumtiden så pass mycket att den ger upphov till ett naturfenomen som kallas för en gravitationslins.

En grupp astronomer, ledda av Steven Rodney vid fysik- och astronomiinstitutionen på University of South Carolina, tittade på arkiverade data från Hubbleteleskopet. De spanade speciellt efter observationer av galaxer som syns tack vare gravitationslinser. Dessa gör det möjligt för astronomer att spana lite extra långt bort och samtidigt extra långt bak i tiden i universums historia eftersom en gravitationslins kan böja och fokusera ljuset från en avlägsen källa. Gravitationslinser finns i många olika storlekar men när man som Steven Rodneys grupp letar efter avlägsna galaxer så behövs det en stor lins skapad av gravitationen kring en tung galaxhop med en ännu tyngre halo av mörk materia. På bilder av sådana avlägsna galaxer syns därför galaxen som förvrängda ringar runt en galaxhop. Ringarna kallas också kallas för Einsteinringar.

Fördelen med gravitationslinser är att de, som ett förstoringsglas, förstorar avlägsna objekt och fokuserar ljus så att objektet blir ljusstarkare och lättare att observera. Nackdelen är att ingen har möjligheten att flytta på en gravitationslins till lämpliga platser. Istället letar astronomer efter gravitationslinser som av en slump förstorar och förstärker ljuset från intressanta bakgrundsobjekt.

När Steven Rodneys lag tittade på bilder av galaxen MRG-M0138, som syns som en förvrängd galax på fyra stycken olika platser kring galaxhopen MACS J0138.0-2155, såg de att på tre av platserna syntes en och samma supernova men inte på den fjärde platsen (deras studie finns hos Nature, på Arxiv samt som pressmeddelande). Modellering av gravitationslinsen kring galaxhopen visade att supernovaljuset kom inom 200 dagar på de tre första platserna och att ljuset på den fjärde platsen har en längre rutt runt galaxhopen. Därför har inte det ljuset från supernovan nått jorden ännu. Först om cirka 16 år – mellan 14 och 18 år – når supernovaljuset jorden från den fjärde platsen. Det finns även en möjlig femte plats för supernovan att synas ytterligare längre fram i tiden men där lär den bli så ljussvag att det blir ytterst svårt att observera den.

En supernova är en tung stjärna som exploderar i slutet av sitt liv och det finns olika typer av sådana. Just den här supernovan lär tillhöra typ Ia (uttalas ”ett A”). Det innebär att det antagligen är en vit dvärg i ett binärt stjärnsystem som har växt genom att sluka material från sin kompanjonstjärna. En sådan vit dvärg kan växa sig tung nog att dess gravitation får den att kollapsa under sin egen vikt så att den smäller av som en supernova. En finess med supernovor av typ Ia är att stjärnan som exploderar alltid är lika tung och därför är dessa supernovor alltid lika ljusstarka, vilket medför att man kan mäta avstånd till sådana. En fjärde observation av samma supernova skulle bekräfta att den faktiskt är av typ Ia.

Att mäta avstånd till supernovor av typ Ia är ett sätt att kartlägga universums expansion och på så vis utforska mörk energi. En så avlägsen supernova som denna är alltså en ypperlig sondering av universums expansion för 10 miljarder år sedan. Det ger också ett mått av Hubble-Lemaître-konstanten som i sin tur är ett mått på universums expansion. Det finns lite trubbel med konstanten ty olika sätt att mäta den på ger olika resultat, men olika sätt att mäta den sonderar samtidigt olika epoker i universums historia. Fler mätpunkter kan visa om diskrepansen mellan mätningarna är på grund av systematiska fel eller om konstanten – och universums expansion – har varierat mer under universums historia än man tidigare trott.

Även studier av mörk materia får en skjuts av den här studien. Majoriteten av gravitationen i galaxhopen som ger upphov till gravitationslinsen kommer av att hopen är full av mörk materia. Genom att studera och modellera gravitationslinsen kartlägger man också fördelningen av mörk materia i och runt galaxhopen.

Studien lägger grunderna till ytterligare studier av avlägsna supernovor som syns tack vare gravitationslinser. Detta är inte den första supernova som observerats flera gånger. Den första hette SN Refsdal (uppkallad efter den norske astronomen Sjur Refsdal) och observerades även den med Hubbleteleskopet redan 2014. Den var svår att hitta och var ett resultat av många och komplicerade observationer. Steven Rodneys supernova var mycket enklare att observera med samma precision. Förhoppningen är att den ska bana väg för att fler återkommande supernovor upptäcks kring gravitationslinser.

Här finns alltså en väldigt stor mängd av fysik involverat, allt från mörk materia, allmän relativitetsteori kring gravitationslinser, universums expansion samt stellär fysik i att förstå supernovor bättre. Supernovan, som har katalognamnet AT 2016jka, har blivit namngiven ”SN Requiem”. ”Requiem”, eller rekviem på svenska, är en dödsmässa och var namnet på projektet som samlade in de data från Hubbleteleskopet där den syns. Astronomerna i forskarlaget tyckte att det var ett lämpligt namn på supernovan med avseende på Hubbleteleskopets arv. De beskriver det fint i sin artikel:

”HST observations enabled us to find this SN. We anticipate that HST may be de-orbited and make its final plummet to Earth around the time of the reappearance of AT 2016jka, so we coin the name SN Requiem as an ode to the vast new discovery space that HST continues to unveil.”

[Översatt till svenska] ”Hubbleteleskopobservationer gjorde det möjligt för oss att hitta denna supernova. Vi förväntar oss att Hubbleteleskopet kommer avvika från sin bana och krascha mot jorden ungefär när supernovan AT 2016jka åter syns. Därför ger vi supernovan namnet SN Requiem som en hyllning till det ofantliga rum av upptäckter som Hubbleteleskopet fortsätter att öppna.”

Omslagsbild: Hubbleteleskopbild av galaxen MRG-M0138 galaxhopen MACS J0138.0-2155 utan noteringar. Bild: Steve A. Rodney (University of South Carolina), Gabriel Brammer (Cosmic Dawn Center/Niels Bohr Institute/University of Copenhagen), Joseph DePasquale (STScI).