Wallenberg Scholar
Lärosäte:
KTH
Forskningsområde:
Supernovor, jetstrålar och kompakta objekt
Riktigt tunga stjärnor slutar sina liv med en våldsam explosion, en supernova. På bara några sekunder utvecklas enorma mängder energi och supernovan kan under en tid lysa hundra miljarder gånger starkare än vår sol.
Men supernovor är mer än vackra fenomen på himlen, de är också startpunkten för livsviktiga processer.
– I universums början bildades i princip bara väte och helium. De allra flesta tyngre ämnen bildas inne i stjärnor och i supernovaexplosioner och sprids med dem ut i universum, säger Josefin Larsson, professor i astrofysik vid KTH.
I explosionen slungas stjärnans yttre delar ut i rymden, där de blir byggmaterial till nya stjärnor och planeter. Chockvågor från explosionen kan också bidra till stjärnbildning i omgivande gasmoln. Den inre delen av stjärnan kollapsar till antingen en neutronstjärna eller ett svart hål, som i sin tur kan ge upphov till olika astronomiska fenomen.
Trots att supernovor är så betydelsefulla är det mycket om dem vi inte vet. Det vill Josefin Larsson ändra på med sin forskning.
En viktig fråga är hur explosionerna går till. För att undersöka det har Josefin Larsson utvecklat metoder för att skapa tredimensionella bilder av hur materialet som slungas ut från stjärnan, den så kallade supernovaresten, sprider sig i rymden.
– Geometrin i det utslungade materialet återspeglar vad som hände i explosionsögonblicket och genom att analysera det får vi kunskap om stjärnan innan supernovan och mekanismerna bakom explosionen, säger hon.
Forskargruppen analyserar ljuset från supernovaresten nedbrutet i olika våglängder, dess spektrum. Varje ämne skapar unika mönster i spektrat, så kallade spektrallinjer, som avslöjar fördelningen av olika ämnen i supernovaresten. Förskjutningar i spektrallinjerna säger också i vilken riktning materialet rör sig.
Sådana analyser har Josefin Larsson bland annat gjort för supernovaresten SNR0540 som exploderade för 1 100 år sedan. Hon kunde då visa att materian har spridit sig väldigt asymmetrisk i rymden och att de olika ämnena har bildat komplexa strukturer av ringar och klumpar.
Själva explosionen och kollapsen sker under en sekund. Sedan utvecklas supernovan och supernovaresten under hundratusentals år.
Josefin Larsson har också använt observationer från rymdteleskopet James Webb för att göra 3D-analyser av supernovaresten SN 1987A. Den exploderade för cirka 168 000 år sedan och har fått sitt namn av att ljuset från explosionen nådde jorden 1987. Hon ska nu analysera fler grundämnen och i större detalj, och hon har även fått klartecken för att rikta rymdteleskopet mot SNR0540.
– James Webb-teleskopet är ett fantastiskt redskap för det här. Det ska bli intressant att se hur mycket nytt som kommer ut från det, jag tror att det kan bli många överraskningar.
I mitten av en supernova bildas ett kompakt objekt; en neutronstjärna eller ett svart hål. Josefin Larsson studerar sådana objekt för att förstå hur deras egenskaper hänger ihop med stjärnans egenskaper och med hur explosionen gick till.
Forskningen bygger bland annat vidare på ett genombrott hon nyligen var del av tillsammans med forskare från Stockholms universitet och internationella kollegor. Med observationer från James Webb-teleskopet kunde de bevisa att det som blev kvar efter supernovan 1987A är en neutronstjärna – något man länge misstänkt men inte kunnat bekräfta.
– Det var jättekul! Den dök också upp på ett sätt som vi inte riktigt hade väntat oss; vi såg linjer från gasen argon, som inte hade funnits med i de teoretiska beräkningarna man hade gjort innan.
Josefin Larssons grupp har också utvecklat en metod för att noggrannare än tidigare bestämma egenskaper hos även mer avlägsna kompakta objekt. Den bygger på att uppskatta objektets ljusstyrka genom att analysera hur röntgenstrålning absorberas av omgivande materia.
Med nya teleskop och instrument har dagens astronomer möjlighet att observera fenomen som tidigare var utom räckhåll. Men det finns också stor potential i observationer insamlade från äldre teleskop, konstaterar Josefin Larsson.
– Forskaren har ofta exklusiv datatillgång ett år, sedan hamnar allting i öppna arkiv. Så när ett teleskop har varit uppe ett par decennier finns otroligt mycket data vi kan gå igenom för att se om någon intressant signal har råkat komma med.
Gruppen letar till exempel efter röntgenblixtar som kan vara de allra första signalerna från supernovor och tecken på kompakta objekt på platser där en supernova har inträffat.
Numera upptäcker astronomerna nya supernovor varje dag. Men det beror inte på att supernovor är vanliga, utan på att universum är stort. I en galax som vår, Vintergatan, inträffar i genomsnitt bara en supernova per århundrade. Sist det hände var 1604, vilket väcker hopp om att snart få se en ny.
– Det borde vara dags. Det skulle vara fantastiskt för hela forskningsfältet att få studera en närbelägen supernova med alla de tekniker vi har idag, säger Josefin Larsson.
Text Sara Nilsson
Bild Magnus Bergström
En stjärna är en rund himlakropp av het gas. I mitten är trycket så högt att atomkärnor av lättare grundämnen smälter samman och bildar tyngre ämnen, en process kallad fusion. Processen frigör energi och skapar ett tryck utåt som motverkar gravitationskraften inåt.
När en massiv stjärna, det vill säga en väldigt stor stjärna, inte längre kan slå ihop lättare ämnen till tyngre – när bränslet tar slut – blir gravitationen större än trycket utåt och stjärnan kollapsar av sin egen tyngd. De inre delarna pressas ihop till ett litet men extremt kompakt objekt. Samtidigt faller de yttre lagren inåt och studsar tillbaka, vilket utlöser explosionen; supernovan. Stjärnor kan explodera på olika sätt och man vet fortfarande inte exakt hur det går till.
