Supernova on jättiläistähden räjähdys. Se tapahtuu yleensä silloin, kun ydinfuusio ei pysty pitämään ydintä pystyssä omaa painovoimaansa vastaan. Ydin romahtaa ja räjähtää.
Suurimpia supernovia kutsutaan hyperjättiläisiksi ja pienempiä superjättiläisiksi. Ne ovat massiivisia: painovoiman vuoksi ne kuluttavat energiansa hyvin nopeasti. Tavallisesti ne elävät vain muutaman miljoonan vuoden ajan.
Räjähdyksen aikana supernovaräjähdyksen säteilyenergia voi hetkellisesti ylittää galaksin koko säteilytehon. Ne säteilevät energiaa yhtä paljon kuin aurinkokuntamuotoinen tähti koko elinaikanaan. Räjähdys räjäyttää tähtiensä ainetta pois tähdestä jopa 30 000 km/s nopeudella eli 10 % valonnopeudesta. Tämä aiheuttaa shokkiaallon ympäröivään tähtienväliseen väliaineeseen. Tämä pyyhkäisee laajenevan kaasu- ja pölykuoren, jonka näemme supernovan jäänteenä. Räjähdyksen jälkeen jäljelle jää musta aukko tai neutronitähti.
Useimmat tähdet ovat pieniä eivätkä räjähdä. Niistä tulee kylmempiä ja pienempiä, ja niistä tulee valkoisia kääpiötähtiä.
Supernovaräjähdyksiä tapahtuu harvoin. Omassa galaksissamme, Linnunradassa, viimeinen supernova tapahtui vuonna 1604. Myös muissa galakseissa voidaan nähdä supernovia. Joka vuosi näemme 300 supernovaa muissa galakseissa, koska galakseja on niin paljon. Joskus ne ovat kirkkaampia kuin koko muu galaksi.
Miten supernova syntyy
On kaksi pääasiallista mekanismia, jotka aiheuttavat supernovan:
- Kohollinen ydinromahdus (core-collapse): massiivisen tähden (yleensä yli ~8–10 Auringon massaa) ydin ei enää pysty ylläpitämään fuusiota. Kun ydin romahtaa painovoiman vaikutuksesta, ulommat kerrokset paiskautuvat ulos ja syntyy voimakas räjähdys. Jäljelle voi jäädä neutronitähti tai musta aukko.
- Thermonukleaarinen räjähdys (Type Ia): valkoinen kääpiö saa lisää ainesta kaksoistähtijärjestelmässä ja saavuttaa kriittisen massan, jolloin hiili- ja happifusiot syttyvät hallitsemattomasti. Tämä tuhoaa valkoisen kääpiön ja aiheuttaa hyvin kirkkaan supernovan.
Tyypit ja luokittelu
Supernovia luokitellaan niiden spektrin ja valokäyrän perusteella. Yksinkertaistettuna:
- Type I – ei havaittavia vetyemissioita spektrissä. Näistä tunnetuin on Type Ia (thermonukleaarinen, kaksoistähtäimet).
- Type II – spektrissä näkyy vetylinjoja; nämä ovat yleensä massiivisten tähtien ydinromahduksesta syntyviä.
- Lisäksi on alaluokkia (Ib, Ic) jotka liittyvät esimerkiksi siihen, onko tähdellä jäljellä vety- tai heliumkerroksia ennen räjähdystä.
Vaikutukset ympäristöön ja merkitys
Supernovat ovat avainasemassa galaktisessa kehityksessä:
- Ne synnyttävät ja levittävät raskaampia alkuaineita (kuten rauta, hopea ja uraani) avaruuteen. Monien alkuaineiden synty tapahtuu supernovien ytimissä ja niiden shokkiaaltojen yhteydessä (mm. r-prosessi).
- Shokkiaallot lämmittävät ja rikastavat tähtienvälistä ainetta, luovat supernovajäänteitä (SNR, supernova remnants) ja voivat myös synnyttää uusia tähtisikiöitä puristaessaan kaasu- ja pölypilviä.
- Ne kiihdyttävät kosmisia säteitä ja tuottavat röntgen- ja gammasäteilyä, jotka tekevät supernovajäänteistä helposti havaittavia eri aallonpituuksilla.
- Suuri osa vapautuvasta energiasta menee neutriinoina; viereisestä supernovasta on havaittu neutriinopurkauksia, esimerkiksi vuonna 1987A (Leijonankulmakerros, LMC).
Supernovajäänteet ja mitä jää jäljelle
Räjähdyksen jälkeen laajeneva kuori näkyy tuhansia tai kymmeniä tuhansia vuosia. Jäännökset voivat olla:
- Neutronitähti (jos massiivinen ydin pysyy koossa); neutronitähdet voivat näkyä pulsareina.
- Musta aukko (jos alkuperäinen tähti oli tarpeeksi massiivinen).
- Supernovajäänne – laajeneva kuori kaasua ja pölyä (esim. Krab-pilvi, joka syntyi SN 1054 -räjähdyksestä).
Havainto ja historia
Ihmiskunta on havainnut kirkkaita supernovia kirjatuissa lähteissä vuosituhansien ajan. Tunnettuja historiallisiä tapauksia ovat esimerkiksi SN 1054 (Krab-pilven alku), Tycho Brahen supernova (1572) ja Keplerin supernova (1604). Omassa galaksissamme näkyvän supernovan jälkeen voi jäädä pitkään näkyvä jäännös, mutta viimeisen silminnähdyn supernovan Linnunradassa tiedetään olleen 1604; joitakin myöhempiä räjähdyksiä on saattanut jäädä pölyn peittoon tai ne ovat olleet himmeitä maasta käsin.
Nykyisin supernovia etsitään ja tutkitaan monilla havaintolaitteilla eri aallonpituusalueilla: optisesti, radio-, röntgen- ja gamma-alueilla sekä neutrino- ja gravitaatioaaltodetektoreilla. Etäisimmät supernovat toimivat myös mittatikkuina kosmologiassa (Type Ia -supernovat auttavat mitata etäisyyksiä ja laajenemista).
Onko supernova vaarallinen Maalle?
Useimmat supernovat ovat turvallisen etäisyyden päässä. Supernova voi olla haitallinen maapallon biosfäärille vain, jos se tapahtuu hyvin lähellä (kymmeniä valovuosia). Etäisyyden, räjähdyksen tyypin ja suuntautumisen mukaan vaikutukset voivat vaihdella. Läheinen supernova voisi esimerkiksi heikentää otsonikerrosta voimakkaan säteilyn takia ja kasvattaa kosmisen säteilyn tulvaa, mutta tällaiset tapahtumat ovat harvinaisia.
Yhteenveto
Supernovat ovat universumin yksi dramaattisimmista ja tärkeimmistä prosesseista: ne merkitsevät massiivisten tähtien loppua, levittävät raskaampia alkuaineita avaruuteen, muuttavat tähtienvälistä ympäristöä ja vaikuttavat tähtien synnylle ja galaksien kehitykselle. Vaikka ne ovat harvinaisia yhdelle galaksille laskettuna, poikkeuksellisen voimakkaat valaisuhetket tekevät niistä helposti havaittavia kaukaisissa galakseissa ja arvokkaita tutkimuskohteita tähtitieteessä.