Många novor i jetstrålens utkant i galaxen M87

 

Bild https://hubblesite.org/ Black Hole Jet and Accompanying Erupting Nova (Artist's Concept)

M87 är en gigantisk elliptisk galax i stjärnbilden Jungfrun. Den är ungefär 10 miljarder år gammal och den största galaxen i Virgohopen,(en galaxhop) och en av de största kända galaxerna i universum. M87 finns ungefär 55 miljoner ljusår bort från oss.

Astronomer har med hjälp av NASA:s rymdteleskop Hubble upptäckt att den blåslampliknande jetstrålen från ett supermassivt svart hål i kärnan av M87 gör att stjärnor att produceras längs dess bana. Stjärnorna,  här är novor (En nova är en stjärna, vanligtvis en vit dvärgstjärna i nära kontakt med en röd jättestjärna, som under en period ökar sin ljusstyrka kraftig)  är inte fångade inuti jetstrålen, utan verkar befinna sig i ett oroligt område i dess utkant. 

Fyndet förbryllar forskare. – Vi vet inte vad som händer, men det är ett väldigt spännande resultat, beskriver Alec Lessing vid Stanford University, huvudförfattare till studien som är publicerad The Astrophysical Journal. Det betyder att det är något som saknas i vår förståelse av hur jetstrålar från svarta hål interagerar med sin omgivning, beskriver han.

En nova får ett utbrott i ett dubbelstjärnesystem där en åldrande, uppsvälld (då stjärnan sväller upp till en röd jättestjärna), normal stjärna släpper ut väte  på en utbränd vit dvärgstjärna. När dvärgen har samlat på sig ett milsdjupt ytskikt av väte exploderar lagret. Den vita dvärgen förstörs inte av novautbrottet, som kastar ut dess ytskikt och sedan återgår till att suga upp bränsle från sin följeslagare igen och novautbrottscykeln börjar om igen.

Hubble upptäckte dubbelt så många novor som exploderade nära jetstrålen som någon annanstans i galaxen under den undersökta tidsperioden. Jetstrålen skjuts upp av ett centralt svart hål med en massa på 6,5 miljarder solmassor omgivet av en skiva av virvlande materia. Det svarta hålet, som är fyllt av infallande materia, skickar iväg en 3 000 ljusår lång plasmastråle som far genom rymden med nästan ljusets hastighet.

Upptäckten av dubbelt så många novor nära jetstrålen innebär att det finns dubbelt så många novabildande dubbelstjärnsystem nära jetstrålen eller att dessa system bryter ut dubbelt så ofta som liknande system på andra håll i galaxen.

"Det är något jetstrålen gör med stjärnsystemen som vandrar in i det omgivande grannskapet. Kanske plöjer jetplanet på något sätt vätebränsle på de vita dvärgarna, vilket gör att de får utbrott oftare, beskriver Lessing. – Men det är inte klart att det är en fysisk knuff. Det kan vara effekten av trycket från ljuset som kommer från jetstrålen. När det  levereras vätgas snabbare sker utbrott snabbare. Något kan  fördubbla massöverföringshastigheten till de vita dvärgarna då de kommer nära jetstrålen.

En annan idé som forskarna övervägde är att jetstrålen värmer upp den vita dvärgens följeslagare (den röda jättestjärnan) vilket får den att svämma över ytterligare och dumpa mer väte på dvärgstjärnan. Forskarna beräknade dock att denna uppvärmning inte alls är tillräckligt stor för att få denna effekt.

– Vi är inte de första som har sagt att det ser ut som att det pågår mer aktivitet runt M87-planet, bekriver Michael Shara, en av forskarna vid American Museum of Natural History i New York City. Men Hubble har visat denna ökade aktivitet med långt fler exempel och statistisk signifikans än vi någonsin fått tidigare.

Strax efter Hubbleteleskopets uppskjutning 1990 använde astronomer den första generationens Faint Object Camera (FOC) för att se in i centrum av M87 och det svarta hålet där. De noterade att ovanliga saker hände här. Hubble såg astronomernas blåaktiga "transienta händelser" som kunde vara ett bevis på att novor poppade upp i närheten. Men FOC:s syn var så snäv att Hubble-astronomerna inte kunde titta bort från jetstrålen för att jämföra med område som låg nära jetstrålen. I över två decennier förblev resultaten mystiskt lockande.

Övertygande bevis för jetstrålens inflytande på stjärnorna i galaxen samlades in under ett nio månader långt intervall av Hubble-observationer med nyare kameror med bredare vy för att räkna utbrotten från novorna. Detta var en utmaning för teleskopets observationsschema eftersom det krävde att M87 återbesöktes exakt var femte dag för att få en ny bild. Genom att lägga ihop alla M87-bilder fick man de djupaste bilderna av M87 som någonsin tagits.

Hubble fann 94 novor i den tredjedel av M87 som dess kamera kunde omfatta. "Jetstrålen var inte det enda vi tittade på – vi tittade på hela det inre av galaxen. När man väl hade sett på alla kända novor ovanpå M87 behövde man ingen statistik för att övertyga sig själv om att det finns ett överskott av novor längs jetstrålen.

Denna prestation beror helt och hållet på Hubbles unika kapacitet. Bilder från markbaserade teleskop är inte tillräckligt skarpa för att se novor djupt inne i M87. De kan inte ge en upplösning som visar enstaka stjärnor eller stjärnutbrott nära galaxens kärna eftersom det svarta hålets omgivningar är alldeles för ljusa och bländande. Endast Hubble kan upptäcka novor mot den ljusa M87-bakgrunden.

Beräkningar visar att novor är anmärkningsvärt vanliga i universum. En nova bryter ut någonstans i M87 varje dag. Men eftersom det finns minst 100 miljarder galaxer i det synliga universum, bryter cirka 1 miljon novor ut varje sekund någonstans där ute.

Siffran ovan är hisnande man får tanke på hur stort universum är och novor är inte ensamma stjärnor som vår sol eller exoplaneter. Min misstanke över mängden novor i utkanten av jetstrålen är att kraften i jetstrålen ökar en stjärnas förbränning så den blir en röd jätte snabbare på grund av dess närhet till strålen.

Stjärnexplosioner av vissa slag har gett upphov till all litium som existerar

Ett team av forskare med ledning av astrofysiker Sumner Starrfield vid Arizona State University har kombinerat teori med både observationer och laboratoriestudier och fastställt att den klass av stjärnexplosioner, som kallas klassisk nova (den vanligaste formen av nova inte att förväxla med supernova) är ansvarig för det det litium som finns i universum.

Litium är en viktig metall med användningsområden som värmebeständigt glas, keramik, litiumbatterier, litiumjonbatterier och humörförändrande läkemedel. Teamet har gått vidare för att fastställa att en bråkdel av dessa klassiska novor kommer att utvecklas tills de exploderar som supernovor av typ Ia. Dessa exploderande stjärnor blir ljusare än en galax och kan upptäckas på mycket stora avstånd i universum. Men det är en annan historia.

Klassisk nova är en klass av stjärnor som uppstått från en explosion  av en vit dvärg (en stjärnkvarleva med solens massa men storlek som jorden) och en större stjärna i nära omloppsbana runt den vita dvärgen.

Gas har fallit genom gravitation från den större stjärnan in på den vita dvärgen  som är mycket tät och har stark gravitation vilket gör att den drar till sig materia från den större stjärnan som är en stjärna med gravitation som är normal för just denna klass. När tillräckligt med gas har samlats på den vita dvärgen sker en   en explosion kallad  nova. Det finns cirka 50 explosioner per år i vår galax och de ljusaste på natthimlen observeras av astronomer över hela världen.

Det är då  litium bildas och kastas ut i universum och efterhand ner på planeter och solsystem som är under bildande. Så kom litium till oss en gång från en närliggande novaexplosion.

Bild från vikipedia på en illustration av förstadiet till blivande nova, där den vita dvärgen i stjärnsystemet samlar massa från den röda jätten.

Vita dvärgstjärnors ibland mystiska kärnexplosioner kan ha lösts till hälften

Vita dvärgstjärnor är sista stadiet i en stjärnas liv då den kollapsat efter att ha blossat upp under sin sista tid. De kan även sluta som en nova (inte att förväxla med en supernova)  om de ligger i närheten av en stor röd jättestjärna varifrån de kan dra till sig gas och genom detta med ett antal års mellanrum ge ifrån sig energiexplosioner..

Ibland kan kärnexplosioner uppstå på den vita dvärgens yta(gäller där novor sker eller skett). 

Ca 50 sådana uppstår på skilda dvärgar i vår Vintergata varje år. Inte speciellt många då dvärgarnas antal är stort. Ingen vet hur många de är men man bör räkna i miljoner kanske miljarder.

Ca 50 kärnexplosioner på nästan alltid olika vita dvärgar  inträffar eller kanske bättre sagt så många upptäcker vi årligen per år från våra teleskop.

Mysteriet är att vissa av dessa explosioner är så ljusstarka och kraftfulla att vetenskapen inte kunnat förklara varför.

Men nu har astronomer vid Michigans universitet arbetat fram en trolig teori på varför dessa kraftfulla kärnexplosioner ibland inträffar på någon vit dvärg.

Det har antagits att gasen från den röda jättestjärnan i närområdet (det handlar ju om novor inte ensamma vita dvärgar (icke novor) där inga kärnexplosioner har setts) lämnat ifrån sig så mycket gas att det är denna energi som exploderar när gränsen för en tvingande urladdning genom kärnexplosion nåtts.

Men detta är inte hela förklaringen det förklarar enbart en kärnexplosion av det slag vi redan förstått. Den riktigt stora och mystiska föregås av att det vid explosionens början  avges en kall gasvåg av materia men direkt efter kommer en snabb het våg och när dessa kolliderar får vi den otroliga ljusa och kraftfulla våg vilken tidigare setts som svårförklarlig.

Skeendet är inte unikt utan sker vid varje kärnexplosion på en vit dvärgstjärna. Men ibland blir det en reaktion av det slag av betydligt större slag än vad vi kan se som kanske normal energiurladdning i novornas värld.

Ännu vet vi inte varför det ibland sker. Men forskningen har genom förståelsen av hur det sker likväl tagit ett nytt steg i förståelsen av vår verklighet.