Supernovaer

Igennem historien er det flere gange sket at astronomerne har opdaget en "ny stjerne" på himlen, eller en "stella nova" som Tycho Brahe kaldte det i 1572.

I dag ved vi at dette faktisk ikke er nye stjerner, men tværtimod meget gamle stjerner der ligger så langt væk, at vi ikke har kunne se dem, og nu har sluttet deres liv i en kæmpe eksplosion, der sender sit kraftige lys hele vejen ned til os. Disse eksplosioner kalder vi for supernovaer, og de er hjem for noget af den vildeste fysik, vi oplever i universet!  

Store stjerner

Det er ikke alle stjerner der vil ende deres liv i supernovaer, men hvis stjernerne er store nok (mere end otte gange så tunge som Solen), eller de er under de helt rigtige forudsætninger, ser vi de store eksplosioner. Vi fortæller mere om de forskellige stjernetyper på siden Stjerner. 

Energiproduktionen i alle stjerner sker ved det, som man kalder fusion – hvilket er når lettere grundstoffer bliver smeltet sammen til tungere. Meget små stjerner kan kun lave hydrogen om til helium, mens større stjerner som fx Solen kan også lave helium om til karbon. De tungeste stjerner kan danne endnu tungere grundstoffer som nikkel og jern. 

Fusionsprocesserne sker i stjernernes kerner eller i skaller omkring kernen. På billedet herunder kan du se, hvordan de tungeste grundstoffer bliver dannet i kernen af en tung stjerne og de lettere grundstoffer i skallerne omkring.

I fusionsprocesserne bliver der frigivet energi, og det er det, som i sidste ende holder stjernen i live og får den til at lyse. 

Når de tunge stjerner har lavet jern i deres kerne, kan de ikke komme videre i deres fusionsprocesser. Det er fordi, jern er det grundstof, der er bundet tættest – hvilket betyder, at det koster mere energi at fusionere jern til tungere grundstoffer, end der kommer ud af det. Stjernerne kan derfor ikke få energi, og så begynder nedtællingen. 

Ikke mere jern - og hvad så?

Når en tung stjerne har dannet tilstrækkelig meget jern i sin kerne, stopper energiproduktionen. Stjernen er nu i slutningen af sit liv. Energien i stjernens kerne har indtil nu opretholdt en balance med tyngdekraften - energien presser udad, tyngdekraften presser indad. Når der ikke længere bliver lavet energi i kernen, er der heller ikke længere noget udadgående tryk, der kan modvirke tyngdekraften og derfor falder stjernen sammen – den imploderer.

Materialet kollapser hurtigt og rammer den hårde jernkerne med stor kraft og bliver kastet udad igen, hvilket skaber en udadgående trykbølge. Chokbølgen river stjernen fra hinanden i en kæmpe eksplosion – en supernova. Energien, der bliver frigivet, er helt ekstrem. På bare et par sekunder bliver der frigivet mere energi, end Solen vil gøre i hele sit liv. I flere uger herefter kan en supernova lyse stærkere end en hel galakse med milliarder af stjerner.

Stjernerester

Efter en supernovaeksplosion er stjernens ydre revet helt fra hinanden, og stjernens inderste kerne vil blive trykket voldsomt sammen. Hvad kernen bliver til, afhænger af hvor tung stjernen var da den eksploderede: Enten kan den blive til en neutronstjerne, der er et af de vildeste objekter i universet, eller også kan den blive til et sort hul, der er endnu vildere. 

Stjerner mellem 10 og 25 solmasser efterlader en neutronstjerne. En neutronstjerne bliver dannet, når jernkernen kollapser. Materialet, der falder indad, opvarmer og sammenpresser jernkernen så meget, at jernatomerne ikke kan holde til det. Elektronerne og protonerne i jernatomerne bliver alle sammen presset sammen til neutroner, der ligger ufatteligt tæt sammenpakket. 

Neutronstjerner er de mindste og tætteste stjerner i universet. En stjerne-kerner, der vejer dobbelt så meget som Solen, kan blive trykket sammen til en neutronstjerne, der kun er 20 km bred! Det er mindre end Bornholm! En tændstikæske med neutronstjerne-materiale ville veje 13 millioner tons. Det er det samme som næsten hundrede tusinde blåhvaler.

Hvis den oprindelige stjerne er tungere end 25 solmasser, bliver dens død lidt anderledes. Her er der så meget materiale at jernkernen ikke kan modstå trykket når stjernen kollapser. Derfor bliver det trykket uendeligt tæt sammen, indtil det bliver et enkelt lille punkt, som har ekstrem høj tæthed. Punktet er så lille og så tungt, at dets tyngdekraft ikke vil lade noget undslippe - selv ikke lys! Et sort hul er skabt. 

Så tunge stjerners inderste kerner bliver altså til neutronstjerner eller sorte huller, men hvad sker der med den ydre del af stjerne, der blev revet fra hinanden under supernovaen? Den del vil blive slynget ud i rummet hvor den vil ligge som en fantastisk bobbel omkring neutronstjernen eller det sorte hul. Denne supernovarest indeholder både de mange tungere grundstoffer, der blev lavet i løbet af stjernens liv, men også endnu tungere grundstoffer, der bliver dannet under den voldsomme eksplosion. Med tiden vil materialet i supernovaresten blive blandet med alt det andet gas og støv der er i galaksen, og måske vil det på et tidspunkt samle sig igen, og blive til en ny stjerne. Eller til en planet omkring den nye stjerne? Eller måske endda til liv på den planet? Alle de grundstoffer vi består af kommer ude fra rummet, og mange af dem er lavet i stjerner, fuldstændig som beskrevet ovenfor.

Kilonova

De allertungeste grundstoffer som fx platin, guld og bly bliver skabt ved nogle helt særlige eksplosioner – kilonovaer.  Når to neutronstjerner støder sammen, sker der også en eksplosion. Her kommer der et udbrud af radioaktive tunge grundstoffer i en sky omkring stjernerne. De spreder sig hurtigt ud fra kilonovaen med hastigheder på op mod en femtedel af lysets hastighed.