Stjerners død: Fra supernova til sort hull

Døden som fylker himlen med lys

Vår Solen er rundt 4,6 milliarder år gammel og er omtrent på halve sitt liv. Over milliarder av år har den fusjonert hydrogen til helium, og den skal fortsette å gjøre det i cirka 5 milliarder år til. Men når det hydrogen som driver reaktoren hennes er brukt opp, hva skjer da? For mindre stjerner som Solen er svaret: en rolig død. For massive stjerner, derimot, er døden spektakulær – en supernova som kan lyse opp hele himlen på sekunder.

En stjernes sluttkamp er også der ny materie blir skapt. I supernovaeksplosjonene blir tunge elementer som jern, nikkel, og kobolt produsert og spredt ut i rommet. Dette er materialet som blir til nye stjerner, planeter, og – faktisk – det meste av kroppen din. Vi er alle stardust fra fjerne supernovaer.

Ulike dødstyper – ulike skjebner

For stjerner mindre enn 8 solmasser (som Solen), slutten er rolig. Når hydrogen er brukt, sveller stjernen opp til en 'red giant'. Yttersidene blir spredt av i rommet, og det som blir igjen – kjernen – avkjøles til en hvit dverg. En hvit dverg er utrolig tett: en teske ville veie så mye som en elefant. Hvite dverger avkjøles sakte over billioner av år, og blir til slutt 'svarte dverger' når de er helt avkjølt.

For større stjerner – over 20 solmasser – blir det dramatisk. Disse stjernene ender som supernovaer. Type II supernovaer oppstår når kjernen kollapser etter at stjernen har oppbrukt sitt 'brensel'. I løpet av sekunder, da gravitasjonen presser elektroner og protoner sammen, oppstår en eksplosjon som er lysere enn hele galaksen av milliarder stjerner. Eller, hvis stjernen er stor nok, dannes et sort hull – et punkt hvor gravitasjonen er så sterk at ikke engang lys kan unnslippe.

Supernova: Universets mest kraftige eksplosjon

En supernova frigjør energi tilsvarende det Solen vil produsere i hele sitt 10-milliarder-år lange liv – på bare noen få sekunder. For astronomer er supernovaer gullgruve. Type Ia supernovaer (som oppstår i dobbel-stjerne-systemer) har konsekvent lysstyrke, noe som gjør dem 'standard lyskilder' som astronomer bruker til å måle universets utvidelse. Nobelpris i fysikk ble gitt i 2011 for denne discovereryen.

Når en supernova eksplosjon oppstår, blir alt materialet i stjernen kastet ut i rommet med hastigheter opptil 30% av lysets hastighet. Dette materialet blander seg med gassen mellom stjernene og blir til liten del av materialet som senere danner nye stjerner og planeter. En moderne teori sier at den eksplosjon som dannet vår Solsystem startet med materialet fra en eller flere supernovaer – kanskje til og med den som dannet våre tyngste elementer.

Tall og trender

Stjerners gjennomsnittlige levetid avhenger av masse – massive stjerner brenner raskere og lever kortere (bare noen få millioner år), mens små stjerner kan leve billioner år. Supernovaer oppstår omtrent en gang hver 200-300 år per galakse – ikke særlig ofte på menneskmål, men over kosmisk tid er det vanlig. En Type II supernova frigjør energi tilsvarende 10^44 joule – nok til å drive menneskets totale energibruk i flere millioner år.

Sort hull: Når tyngdekraften vinner

For de største stjernene – over 20-25 solmasser – blir slutten enda mer ekstrem enn supernova. Når kjernen kollapser, og det ikke finnes noe kraft sterk nok til å stoppe kollapsen, oppstår et sort hull. Et sort hull er et område av rommet der tyngdekraften er så sterk at ingenting – ikke engang lys – kan unnslippe. Det faktum at sort hull finnes, var en prediksjon fra Einsteins generelle relativitet.

Sort hull er ikke vakuum – de har egenskaper. Utenfor sort hull ligger den 'event horizon' – grensen hvor hvis du passerer den, kan du ikke komme tilbake. Innenfor event horizon vet vi ikke helt hva som skjer – fysikken bryter sammen. Mange sort hull er ikke isolert; de kan være del av binærsystemer der de drar materiale fra en nabo-stjerne, som blir oppvarmet og sender ut røntgen-stråling – noe som hjelper astronomer å oppdage sort hull som ellers ville være usynlig.

Fra en astrofysiker

"Når vi studerer stjerners død, studerer vi universets forbindelse. Det som skjer når en stjerne dør, dannes alt som skal komme – nye stjerner, planeter, og kanskje liv."