Supernovaer

Der findes forskellige former for supernovaer, men fælles for dem alle er, at de tager udgangspunkt i stjerner. Der var kun to grundstoffer tilstede, lige efter universet blev dannet ved Big Bang. Siden da er der blevet dannet tungere grundstoffer i stjerner og endnu tungere grundstoffer i supernovaer.

Energiproduktionen i alle stjerner sker ved det, som man kalder fusion – når lettere grundstoffer bliver smeltet sammen til tungere. Meget små stjerner kan kun fusionere hydrogen til helium, mens større stjerner som fx Solen kan kombinere flere heliumatomer til karbon. Fusionsprocesserne sker i stjernernes kerner eller i skaller omkring kernen. De tungeste stjerner kan danne endnu tungere grundstoffer som nikkel og jern.

På billedet herunder kan du se de tungeste grundstoffer blive 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 får stjernen til at lyse.  Der kan ikke blive dannet tungere grundstoffer end jern på den her måde i stjerner, og det er fordi, jern er det grundstof, der er bundet tættest – det koster mere energi at fusionere jern til tungere grundstoffer, end der kommer ud af det. Vi ved dog, at tungere grundstoffer end jern eksisterer, og forklaringen på dette skal findes i supernovaer.

Når en tung stjerne har dannet tilstrækkelig meget jern i sin kerne, så stopper energiproduktionen. Stjernen er nu i slutningen af sit liv. 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 tæt på kernen rammer den hårde jernkerne og bliver kastet udad igen, og 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.

Fordi den frigivne energi i en supernova er så ekstrem, kan der blive dannet tungere grundstoffer end jern. Grundstofferne bliver bombarderet med energirige partikler, bl.a. neutroner, som kan fusionere med atomerne og skabe tungere grundstoffer som fx zink.

Efter en supernovaeksplosion er stjernen revet helt fra hinanden, og nogle gange kan den efterlade sin kerne. Alt efter hvor tung stjernen var, da den eksploderede, kan der være forskellige rester tilbage. Det kan fx være en neutronstjerne, et sort hul eller slet ingenting.

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 bliver slået i stykker til heliumatomer, og kernen sammenpresses derefter endnu mere. Elektroner og protoner bliver så presset sammen, så de bliver til neutroner. Kernen ender altså med kun at bestå af neutroner – vi har dannet en neutronstjerne.

Neutronstjerner er de mindste og tætteste stjerner i universet med en radius på kun omkring 10 km og en vægt på op til to solmasser. En tændstikæske med neutronstjerne-materiale ville veje 13 millioner tons. Det er det samme som næsten hundrede tusinde blåhvaler.

Hvis stjernen er tungere end 25 solmasser, kan kernen ikke modstå trykket fra det indad faldende materiale, og den kollapser til et punkt, som har ekstrem høj densitet. Tyngdekraften er så stor, at ikke engang lyset kan undslippe. Et sort hul er skabt.

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.