Stockholms universitet rapporterade nyligen en imponerande prestation från Zwicky Transient Facility (ZTF): över 10 000 supernovor har upptäckts sedan projektet inleddes. Jesper Sollerman, professor i astronomi vid universitetet och en av nyckelforskarna inom ZTF, beskrev hur han utifrån automatiserad fotografering och analys kan identifiera nya supernovor redan på morgonen innan han beger sig till jobbet.
Nedan visas en animerad film som visualiserar hur över 10 000 supernovor har upptäckts och dokumenterats i universum sedan 2012. Varje punkt representerar en supernova, och animationen visar både tid och rymd, med en växande karta av upptäckter över natthimlen. ZTF:s centrala roll i denna resa framhävs genom att visa dess omfattande bidrag till katalogiseringen av transienta fenomen. Filmen illustrerar inte bara hur tekniken har avancerat utan också hur samarbetsprojekt som ZTF revolutionerar vår förståelse av det dynamiska universum.
Zwicky Transient Facility – Jakten på det transienta universum
ZTF, beläget vid Palomar-observatoriet i Kalifornien, är ett avancerat teleskop med en CCD-sensor med ett enormt synfält på 47 kvadratgrader, vilket gör det möjligt att kartlägga hela natthimlen på bara några få nätter. Teleskopets kamera använder CCD-sensorer för att skapa digitala bilder av hög känslighet, vilket är avgörande för att upptäcka tillfälliga ljusstarka händelser – så kallade transienter – som supernovor.
Observationerna bearbetas i realtid genom en algoritm för bilddifferens. Genom att jämföra nya bilder med tidigare observationer identifierar systemet ljuspunkter som kan vara supernovor. Dessa upptäckter klassificeras med hjälp av maskininlärning, och forskare som Sollerman analyserar resultaten och planerar uppföljande observationer.
Processen för att upptäcka, klassificera och katalogisera supernovorna går till så här:
1. Datainsamling med Samuel Oschin-teleskopet (1,2 m) – Automatiserad:
Det 1,2-meters Samuel Oschin-teleskopet vid Palomar-observatoriet är huvudteleskopet för ZTF. Det är utrustat med en avancerad 60-megapixel CCD-kamera som kan skanna hela den synliga himlen på bara två nätter.
Teleskopet tar digitala bilder med hög känslighet och stort synfält för att fånga transienter som nya ljuspunkter eller förändringar i ljusstyrka.
2. Bilddifferensanalys – Automatiserad:
Nya bilder subtraheras från tidigare tagna bilder av samma himmelsområde med hjälp av en bilddifferensalgoritm. Detta gör att astronomer kan identifiera nya ljuskällor, exempelvis supernovor, genom att eliminera ljuspunkter som redan existerade.
3. Granskning av subtraherade bilder – Manuellt:
Medlemmar i ZTF-teamet granskar de subtraherade bilderna manuellt för att identifiera de mest lovande transienterna. Dessa kandidater får prioritet för uppföljande observationer.
4. Spektroskopisk uppföljning med 1,5-meters teleskopet och SEDM – Blandat:
För de mest intressanta kandidaterna används det närliggande 1,5-meters teleskopet vid Palomar-observatoriet, som är utrustat med ZTF:s spektrograf, kallad SEDM (Spectral Energy Distribution Machine).
SEDM tar spektra av kandidaterna, vilket gör det möjligt att identifiera deras kemiska sammansättning och klassificera dem som supernovor av en viss typ.
5. Ljuskurveanalys – Automatiserad:
För varje kandidat genereras ljuskurvor automatiskt genom ZTF:s fortsatta observationer. Dessa visar hur ljusstyrkan förändras över tid och är särskilt användbara för att bekräfta Typ Ia-supernovor, som har en karakteristisk ljuskurva.
6. Katalogisering och delning – Blandat:
När en kandidat är bekräftad som en supernova, läggs den till i globala databaser som Transient Name Server (TNS). Detta är en delvis automatiserad process, men kräver ofta manuell validering av forskarna.
Supernovor – Universums fyrbåkar
Supernovor delas in i två huvudtyper:
- Typ II-supernovor uppstår när massiva stjärnor (minst åtta gånger solens massa) exploderar efter att ha förbrukat sitt kärnbränsle. Explosionen sprider tunga grundämnen som järn och nickel ut i universum.
- Typ Ia-supernovor inträffar i dubbelstjärnesystem där en vit dvärg ackumulerar materia från sin följeslagare. När dvärgen når en kritisk massa sker en termisk explosion. Dessa supernovor används som standardljusstakar för att mäta kosmiska avstånd och upptäckte mörk energi.
Tabellen nedan sammanfattar de viktigaste skillnaderna mellan Typ II- och Typ Ia-supernovor, inklusive deras ursprung, mekanismer, observerade egenskaper och vad de avslöjar om universum. Medan Typ II-supernovor uppstår när massiva stjärnor kollapsar och sprider tunga grundämnen i rymden, vilket bidrar till galaxers kemiska utveckling och bildandet av nya stjärnor och planeter, orsakas Typ Ia-supernovor av termiska explosioner i vita dvärgar i dubbelstjärnesystem. Dessa skillnader gör dem användbara för olika forskningsområden, från att förstå stjärnors livscykler till att mäta kosmologiska avstånd och studera universums expansion.
| Egenskap | Typ II | Typ Ia |
| Ursprung | Massiv stjärna (>8 solmassor) | Vit dvärg i dubbelstjärnesystem |
| Mekanism | Kärnkollaps | Termisk kärnreaktion |
| Spektrum | Innehåller väte | Saknar väte |
| Ljusstyrka | Varierar | Nästan konstant |
| Restprodukt | Neutronstjärna eller svart hål | Ingen kompakt rest |
| Användning | Stjärnbildning och tunga element | Mätning av kosmiska avstånd |
En av de mest berömda supernovorna är den som skapade Krabbnebulosan, en rest efter en Typ II-supernova som observerades år 1054 av kinesiska astronomer. Denna nebulosa har gett ovärderlig insikt i hur sådana explosioner påverkar omgivningen.
Vad supernovor avslöjar om galaxer
Supernovafrekvensen varierar mellan galaxer och ger ledtrådar om deras ålder, struktur och utveckling:
- Spiralgalaxer, som Vintergatan, har både Typ II- och Typ Ia-supernovor, vilket speglar deras blandning av unga och gamla stjärnor.
- Elliptiska galaxer, som huvudsakligen innehåller gamla stjärnor, domineras av Typ Ia-supernovor.
- Starburst-galaxer, med intensiv stjärnbildning, har fler Typ II-supernovor eftersom de snabbt producerar massiva stjärnor.
Dessutom påverkar galaxens metallhalt supernovornas egenskaper. Metallrika galaxer har stjärnor med starkare stjärnvindar, vilket påverkar explosionens ljusstyrka.
Nytta av supernovaforskning
Supernovor är nyckeln till många av universums mysterier:
- Kosmologiska avståndsmätningar: Typ Ia-supernovor hjälper till att kartlägga universums expansion och har bidragit till upptäckten av mörk energi.
- Galaxutveckling: De tunga grundämnen som produceras i supernovor bidrar till galaxers kemiska sammansättning och bildningen av nya stjärnor och planeter.
- Extrem fysik: Supernovor ger insikt i fysik vid höga temperaturer och gravitationstryck, vilket är avgörande för att förstå neutronstjärnor och svarta hål.
Tack vare teleskop som ZTF tar vi ständiga kliv framåt i vår förståelse av universum. Med över 10 000 supernovor upptäckta på bara några år kan vi nu studera dessa kosmiska explosioner i en skala som tidigare var omöjlig. Och varje upptäckt – från Sollermans morgonfynd till banbrytande kosmologiska insikter – lyser upp universums dolda hemligheter.
Läs mer om arbetet vid ZTF i artikeln ZTF counts more than 10,000 supernovae.
