Sprengistjörnur

Supernova

Greinin er í vinnslu

1. Sögulegt ágrip

Áætlað er að stjarna springi á fimmtíu ára fresti að meðaltali í Vetrarbrautinni okkar. Þrátt fyrir það hefur engin sprengistjarna sést með berum augum í Vetrarbrautinni í rúm fjögur hundruð ár, síðan 1604, eða eftir að sjónaukinn var fundinn upp. Ástæðan er að einhverju leyti sú, að sólin okkar er nálægt fleti Vetrarbrautarinnar, þar sem geimryk er þéttast og byrgir sýn.

Með berum augum birtist sprengistjarna sem stjarna sem blossar upp á himninum og dofnar síðan hægt og rólega eftir að hafa náð hámarksbirtu. Síðastliðin tvö þúsund ár hafa menn orðið vitni að að minnsta kosti sjö, mögulega átta, sprengistjörnum í Vetrarbrautinni okkar. Hugsanlegt er að menn á suðurhveli hafi orðið vitni að sprengistjörnu fyrir um 11 þúsund árum, þegar stjarnan sem myndaði sprengistjörnuleifina í stjörnumerkinu Seglinu sprakk. Í Bólivíu hafa fundist ristur sem hugsanlega sýna þessa sprengistjörnu.

Elstu staðfestu heimildirnar um sprengistjörnu eru frá árinu 185 e.Kr. — SN 185. Kínverskir stjörnuspekingar skrásettu þá stjörnu sem birtist skyndilega á himninum, sennilega þar sem nú er stjörnumerkið Mannfákurinn, skammt frá stjörnunum α og β Centauri, og var hún sýnileg í að minnsta kosti átta mánuði, hugsanlega tuttugu. Talið er að gasþokan RCW 86 sé leifar sprengistjörnunnar.

Árið 393 skráðu Kínverjar aðra gestastjörnu á himninum í stjörnumerkinu Sporðdrekanum. Stjarnan sást í átta mánuði, náði sennilega birtu Júpíters og var því líklega sprengistjarna — SN 393. Á sama svæði á himninum eru nokkrar sprengistjörnur, svo erfitt hefur reynst að staðsetja leifarnar með vissu.

Hinn 30. apríl árið 1006 blossaði upp stjarna í stjörnumerkinu Úlfinum — SN 1006. Greint er frá stjörnunni í ýmsum heimildum frá Kína, Japan, Evrópu og Arabalöndum. Heimildirnar benda til að stjarnan hafi orðið einstaklega björt, líklega náð birtustigi –9 og því orðið miklu bjartari en Venus. Stjörnunni var lýst sem stórir gullinni skífu sem minnti á hálfmána og hafði geislótt útlit. Stjarnan varð svo skær að lesbjart var á næturnar. Kínverskar heimildir herma að stjarnan hafi sést með berum augum í að minnsta kosti þrjú ár, eða til ársins 1009. Árið 1965 fundust leifar sprengistjörnunnar í 7.100 ljósára fjarlægð frá Jörðinni.

Kínverskar heimildir herma að í dögun hinn 4. júlí árið 1054 hafi stjarna blossað upp á austurhimni í stjörnumerkinu Nautinu, aðeins 48 árum eftir sprengistjörnuna 1006. Stjarnan varð fjórum sinnum bjartari en Venus og sást í dagsbirtu í 23 daga og með berum augum á næturhimninum til 6. apríl 1056. Fáar heimildir eru til um sprengistjörnuna í Evrópu en svo virðist sem einhver hafi málað mynd af henni á klettasyllu í suðvestur Bandaríkjunum. Á 18. öld fundust leifar sprengistjörnunnar sem kallast Krabbaþokan (Messier 1). Árið 1963 fannst útvarpslind í Krabbaþokunni, ári síðar röntgengeislun og loks tifstjarna árið 1968. Engin sprengistjörnuleif hefur verið rannsökuð jafn ítarlega.

Færri heimildir eru til um sprengistjörnu sem birtist á himni í byrjun ágúst árið 1181 í stjörnumerkinu Kassíópeiu. Kínverskar og japanskar heimildir herma að stjarnan hafi sést í hálft ár með berum augum. Tifstjarnan 3C58 gætu verið leifar hennar.

Nærri 400 ár liðu þar til önnur sprengistjarna birtist á himni. Í byrjun nóvember árið 1572 sprakk stjarna í Kassíópeiu. Stjarnan sást að degi til og varð álíka björt eða bjartari en Venus. Stjarnan hvarf sjónum manna einhvern tímann milli 21. apríl og 19. maí árið 1574, átján mánuðum eftir að hún blossaði upp.

Frægasti stjörnufræðingur þessa tíma, Daninn Tycho Brahe, fylgdist grannt með stjörnunni og gerði merkilegar mælingar á staðsetningu hennar og birtu og er hún því gjarnan nefnd honum til heiðurs. Mælingar Brahes sýndu að stjarnan var óralangt í burtu, sem storkaði hugmyndum manna á þeim tíma um óbreytanleika himins. Brahe birti mælingar sínar í ritinu De nova et nullius aevi memoria prius visa stella (Um nýju og áður óséðu stjörnuna) árið 1573. Titill þessa rits varð til þess að orðið nova var notað fyrir stjörnur sem blossuðu upp á himninum. Árið 1952 fundust leifar sprengistjörnunnar þegar útvarpslind fannst þar sem stjarnan sprakk.

Hinn 9. október 1604 birtist ný stjarna í stjörnumerkinu Naðurvalda, aðeins 3 gráður norðvestur af reikistjörnunum Mars og Júpíter sem þá voru í gagnstöðu. Evrópskir stjörnufræðingar höfðu fylgst grannt með gagnstöðinni og tóku því strax eftir gestastjörnunni. Birta stjörnunnar náði hámarki seint í októbert en hún sást með berum augum í tæpt ár, eða til 7. október 1605.

Jóhannes Kepler gerði ítarlegustu athuganirnar á stjörnunni og er hún því gjarnan nefnd eftir honum — stjarna Keplers. Kepler mældi staðsetningu og birtu stjörnunnar í ár og birti í riti sínu De Stella nova in pede Serpentarii. Athuganir Keplers sýna að stjarnan varð nokkuð bjartari en Júpíter og náði hámarksbirtu í kringum 28. október 1604. Galíleó reyndi, eins og Tycho Brahe áður, að mæla hliðrun stjörnunnar en án árangurs. Athuganir Keplers gerðu stjörnufræðingnum Walter Baade kleift að finna leifar sprengistjörnunnar árið 1941 með 100 tommu spegilsjónaukanum í stjörnustöðinni frægu á Wilsonfjalli í Kaliforníu.

Cassiopeia A (Cas A) er augljóslega ung og tiltölulega nálæg (11.000 ljósár) sprengistjörnuleif sem er björt útvarps- og röntgenlind. Talið er að stjarnan sem myndaði þessa leif hafi sprungið árið 1671 án þess að nokkur hafi tekið eftir henni. Skýringin er líklega sú að mikið ryk er á milli okkar og hennar sem byrgði mönnum sýn. Menn hafa því ekki orðið vitni að sprengistjörnu í Vetrarbrautinni okkar eftir að sjónaukinn var fundinn upp, eða frá árinu 1604.

1.2 Rannsóknir með sjónaukum

Lengst af var raunverulegt eðli sprengistjarna á huldu. Stjörnufræðingar vissu að til voru stjörnur sem blossuðu upp, þ.e. urðu til skamms tíma nokkuð bjartar á himninum en dofnuðu síðan hægt og rólega aftur. Þessar stjörnur voru kallaðar nóvur eða nýstirni.

Árið 1885 blossaði upp stjarna við miðju Andrómeduþokunnar. Stjarnan, S Andromedae, náði sýndarbirtustigi +5,8, svo hún sást með berum augum við góðar aðstæður. Þegar Edwin Hubble tókst fyrstur mann að mæla fjarlægðina til Andrómeduþokunnar — og sýndi þannig fram á að hún var fjarlæg vetrarbraut, langt fyrir utan Vetrarbrautina okkar — rann upp fyrir mönnum að S Andromedae hafði verið miklu bjartari og orkuríkari en dæmigerð nóva.

Á fjórða áratug 20. aldar unnu stjörnufræðingarnir Walter Baade og Fritz Zwicky að rannsóknum á nóvum. Þeir og fleiri stjörnufræðingar sáu að nóvur voru tvenns konar: Annars vegar venjulegar nóvur, sem voru mun algengari og urðu nokkur þúsund sinnum bjartari en sólin, og hins vegar súpernóvur (hugtak sem þeir smíðuðu árið 1933) sem urðu álíka bjartar og hýsilvetrarbrautirnar.

Árið 1934 birtu Baade og Zwicky þrjár greinar um súpernóvur. Í einni þeirra settu þeir fram þá tilgátu að súpernóvur mynduðust þegar stjarna springur og fellur saman í nifteindastjörnu. Í annarri greininni setja þeir fram þá tilgátu að geimgeisla megi rekja til súpernóva.

Í árslok 1936 hóf Zwicky fyrstu skipulögðu leitina að sprengistjörnum í Meyjarþyrpingunni með 45 cm Schmidt sjónaukanum í Palomar stjörnustöðinni. Á þremur árum fundust tólf sprengistjörnur í verkefninu.

1.3 SN 1987A

Sjá nánar: Sprengistjarnan 1987A

Sprengistjarnan 1987A í Stóra Magellansskýinui. Mymd: ESO

Hinn 24. febrúar árið 1987 beindust augu allra stjörnufræðinga í heiminum að sprengistjörnu í Stóra Magellansskýinu, fylgivetrarbraut okkar. Stjörnufræðingurinn Ian Shelton við Las Campanas stjörnustöðina í Chile varð fyrstur manna var við sprengistjörnuna sem sást leikandi með berum augum. Sprengistjarnan fékk nafnið SN 1987A og var sú nálægasta (Stóra Magellansskýið er í um 163.000 ljósára fjarlægð) og bjartasta sem sést hafði frá árinu 1604, eða eftir að sjónaukinn var fundinn upp.

SN 1987A sprakk skammt suðaustur af stóru stjörnumyndunarsvæði í Stóra Magellansskýinu sem kallast 30 Doradus, betur þekkt sem Tarantúluþokan.

Sprengistjarnan veitti stjörnufræðingum einstakt tækifæri til að prófa kenningar sínar um örlög massamikilla stjarna. Fljótlega kom í ljós stjarnan sem sprakk hafði verið blár reginrisi með skráarheitið Sk –69 202 (stjarna númer 202 í röðinni á –69° stjörnubreiddarbandinu í skrá Nicholas Sanduleak yfir heitar stjörnur í Magellansskýjunum).

Tveimur til þremur klukkustundum áður en sýnilega ljós sprengistjörnunnar barst til Jarðar, mældist hrina fiseinda í þremur athugunarstöðvum á Jörðinni. Var þetta í fyrsta sinn sem fiseindir frá sprengistjörnu mældust og markaði það upphaf fiseindastjörnufræði.

1.4 Sprengistjörnur og alheimur í útþenslu

1.5 Tafla yfir sögulegar sprengistjörnur

Nafn	Sýnileg berum augm	Sýndarbirta	Fjarlægð (ljósár)	Gerð	Vetrarbraut
SN 185	8 til 20 mánuði	–4		Ia	Vetrarbrautin okkar
SN 393	8 mánuði	–0			Vetrarbrautin okkar
SN 1006	3 ár	–9		Ia	Vetrarbrautin okkar
SN 1054	21 mánuð	–6	6500	II	Vetrarbrautin okkar
SN 1181	6 mánuði	0			Vetrarbrautin okkar
SN 1572	18 mánuði	–4		Ia	Vetrarbrautin okkar
SN 1604	12 mánuði	–3		Ia	Vetrarbrautin okkar
SN 1987A		+2,9	160.000	IIpec	Stóra Magellansskýið

2. Nafngiftir

Sprengistjarnan SN 2014J í vetrarbrautinni Messier 82. Þetta er fyrsta ljósmyndin sem náðst hefur af sprengistjörnu frá Íslandi. Mynd: Jón Sigurðsson

Allar uppgötvanir á sprengistjörnum eru tilkynntar til Central Bureau for Astronomical Telegrams hjá Alþjóðasambandi stjarnfræðinga. Þar er haldið utan um allar upplýsingar um sprengistjörnur og þeim gefin nöfn.

Árið 1885 var tekið upp á þeim sið að gefa sprengistjörnum nöfn eftir ártali og síðan bókstaf. Allar sprengistjörnur fá þannig forskeytið SN (fyrir SuperNova), síðan ártal og loks einn eða tvo bókstafi í þeirri röð sem þær fundust. Fyrstu 26 sprengistjörnurnar sem finnast tiltekið ár fá stóran bókstaf frá A til Z en ef fleiri finnast, fá þær litla bókstafi, þ.e. aa, ab, ac og svo framvegis. Sprengistjarnan SN 2014J var þar af leiðandi tíunda sprengistjarnan sem fannst árið 2014. Árið 2013 fannst 231 sprengistjarna og fékk sú seinasta því nafið SN 2013 hx.

Sögulegar sprengistjörnur eru einfaldlega nefndar eftir árinu sem þær sáust á: SN 185, SN 1006, SN 1054, SN 1572 (Nóva Tychos) og SN 1604 (Stjarna Keplers).

Á vef Central Bureau for Astronomical Telegrams er listi yfir allar sprengistjörnur sem hafa fundist frá árinu 1885.

3. Örlög massamikilla stjarna

4. Flokkun

Gerð I

Gerð II

5. Myndun

Gammablossar

Sjá nánar: Gammablossar

Gammablossar, orkumestu sprengingar alheimsins, eru hrinur háorkugeislunar sem berast utan úr geimnum að jafnaði einu sinni á sólarhring. Hver hrina er skammlíf og getur varað allt frá þúsundasta úr sekúndu upp í allmargar mínútur. Talið er að blossarnir eigi upptök sín við myndun svarthola í fjarlægum vetrarbrautum, annars vegar í gríðarlega öflugum sprengistjörnum og hins vegar við samruna tveggja ofurþéttra fyrirbæra. Með sífellt öflugri tækni hefur þekking á blossunum stóraukist á undanförnum áratug og vegna mikilla fjarlægða þeirra gefa rannsóknirnar einnig mikilvægar vísbendingar um stjörnumyndunarsögu alheimsins í árdaga.

Myndun frumefna

Sprengistjörnuleifar

Þegar stjarna springur þeytir hún gashjúpi sínum út í geiminn og myndar gas- og rykþoku sem kallast sprengistjörnuleif. Efnið í sprengistjörnuleifunum getur náð allt að 10% af ljóshraða, um 30.000 km/s. Til verður öflug höggbylgja sem getur hitað gasið upp í margar milljónir gráða. Með tímanum dregur úr hraðanum, leifarnar kólna og verða að lokum að köldu geimryki.

Í Vetrarbrautinni okkar eru fjölmargar sprengistjörnuleifar, jafn fjölbreyttar og þær eru margar, en Krabbaþokan í Nautinu, leifar sprengistjörnunnar 1054, er sennilega sú þekktasta, enda sést hún vel í áhugamannasjónaukum. Í dag, nærri 1000 árum eftir sprenginguna, þenst Krabbaþokan út á næstum 1450 km hraða á sekúndu. Birta þokunnar svo löngu eftir sprenginguna olli mönnum miklum heilabrotum þar til tifstjarna fannst í miðju Krabbaþokunnar. Krabbaþokan er dæmi um sprengistjörnuleif sem lýst er upp af mjög skautaðri samhraðlageislun frá hraðfara rafeindum sem hringsóla í kringum sterkt segulsvið í þokunni.

Svanssveigurinn (Cygnus Loop) í stjörnumerkinu Svaninum er annað dæmi um sprengistjörnuleif. 

Cassiopeia A í stjörnumerkinu Kassíópeiu er dæmi um skeljarlaga sprengistjörnuleif.

Geimgeislar

Verðandi sprengistjörnur

Eta Carinae í Kilinum gæti sprungið þá og þegar. Mynd: NASA/ESA og Hubble

Í nágrenni okkar í Vetrarbrautinni eru nokkrar stjörnur sem gætu sprungið á næstu milljón árum. Má þar nefna Spíka í Meyjunni (262 ljósár), Antares í Sporðdrekanum (600 ljósár), Betelgás í Óríon (640 ljósár), Rígel í Óríon (800 ljósár), VY Canis Majoris í Stórahundi (4900 ljósár), RS Ophiuchi í Naðurvalda (5000 ljósár), Eta Carinae í Kilinum (7500 ljósár) og Rho Cassiopeia í Kassíópeiu (12.000 ljósár). Nokkrar Wolf-Rayet stjörnur, til dæmis Gamma Velorum í Seglinu (1200 ljósár) og WR 104 í Bogmanninum (8000 ljósár), eru einnig taldar verða sprengistjörnur í „náinni framtíð“. Af þessum stjörnum sjást Spíka, Betelgás, Rígel og Rho Cassiopeia með berum augum á íslenska stjörnuhimninum.

Nálægasta verðandi sprengistjarnan er í dag IK Pegasi (HR 8210) en hún er í um 150 ljósára fjarlægð frá Jörðinni í stjörnumerkinu Pegasusi. IK Pegasi er tvístirni sem samanstendur af meginraðarstjörnu af A-gerð og hvítum dverg. Aðeins 31 milljón km skilja á milli þeirra. Hvíti dvergurinn er 1,15 sólmassar en nokkrar milljónir ára munu líða þar til hann nær þeim massa sem þarf til að hann springi sem sprengistjarna af gerð Ia.

Hafa ber í huga að þegar IK Pegasi loks springur, eftir milljónir ára, mun hún og allrar aðrar stjörnur á himninum hafa hliðrast það mikið til, að ómögulegt er að segja til um hvaða stjarna springur næst okkur.

Áhrfi sprengistjörnu á Jörðina

Tengt efni

• Stjörnur

• Wolf-Rayet stjörnur

• Myndun stjarna

• Þróun stjarna

• Geimþokur

• Messier 1 (Krabbaþokan)

• Nifteindastjörnur

• Svarthol

• Gammablossar

• Hulduefni

Fréttir af sprengistjörnum

• 09.07.14 — VLT varpar ljósi á rykuga rágðátu — Nýjar mælingar sýna hvernig ryk myndast í kringum sprengistjörnu ESO.org
  

• 23.01.14 — Sprengistjarna í Messier 82
  

• 06.01.14 — ALMA finnur rykverksmiðju í nálægri sprengistjörnuleif ESO.org
  

• 04.04.13 — Hubble finnur fjarlægustu sprengistjörnu af gerð Ia sem sést hefur
  

• 14.02.13 — Nýjar vísbendingar um hinn dularfulla uppruna geimgeisla — VLT rannsakar leifar stjörnu sem sást springa á miðöldum ESO.org
  

• 04.08.10 — Stjörnusprenging í þrívídd ESO.org
  

Heimildir

1. 
   

Hvernig vitna skal í þessa grein

• Sævar Helgi Bragason (2014). Sprengistjörnur. Stjörnufræðivefurinn. http://www.stjornuskodun.is/alheimurinn/sprengistjornur (sótt: DAGSETNING).