Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Extrem rymdstrålning får havet att koka

Verklighetens dödsstjärnor skjuter ut stark gammastrålning i universum, och mätningar tyder på att gammablixtarna är kraftigare än vad forskarna tidigare har trott. Vid minst ett tillfälle har gammablixtarna ­skakat livet på jorden.

Ken Ikeda Madsen & Shutterstock

Den 14 januari 2019 larmar Swiftsatellitens system. Instrumenten ombord har registrerat en enorm energiurladdning i djuprymden. 64 sekunder senare har satelliten riktat sitt teleskop mot utbrottet.

Under de följande timmarna och dagarna följer flera teleskop – både i rymden och på jorden – händelsen, som får det astronomiska numret GRB 190114C.

Bokstäverna GRB visar att Swiftsatelliten har upptäckt en gammablixt, en exceptionellt kraftig urladdning av kortvågig elektromagnetisk strålning i två strålkäglor.

På kort tid avger en gammablixt upp till tio gånger mer energi än vad solen gör under hela sin livstid.

© Nasa

I årtionden var gammablixtarnas ursprung ett mysterium, men ett faktum står nu klart: Om en gammablixt uppstår inom ett avstånd av några tusen ljusår från jorden riskerar planeten att drabbas av stora problem.

Beräkningar visar att strålningen innehåller tillräckligt mycket energi för att från 3 000 ljusårs avstånd få alla jordens vattenmassor att börja koka. Vid minst ett tillfälle i vår planets historia har en gammablixt fått fruktansvärda konsekvenser för livet.

Dödsryckningar utlöser enorma explosioner

Fram till år 1967 var gammablixtarna okänt territorium för astronomerna.

De upptäcktes av en slump av de amerikanska Velasatelliterna, som sändes upp för att hålla ett öga på hemliga sovjetisk kärnvapenprovsprängningar i rymden. Under de följande årtiondena förekom otaliga teorier om den starka gammastrålningens ursprung.

Särskilt frågan om hur långt bortifrån gammablixtarna kom delade forskarna i två läger.

Den ena gruppen menade att gammablixtarna uppstod i ett sfäriskt moln av stjärnor relativt nära Vintergatan, medan den andra gruppen var övertygad om att strålningen kom till jorden från avlägsna galaxer.

Konsekvenserna var dock svåra att acceptera – om en explosion syntes så tydligt tvärs igenom universum måste energin vara extraordinärt hög och potentiellt förödande.

Kollapsande jättestjärna ­avger dödsstrålar

År 2019 levererade två våldsamma gammablixtar viktig information om dödsstrålarnas födelse. De underbyggde bland annat teorin om att fotoner accelereras av elektroner i en process som kallas omvänd Comptonspridning.

ken ikeda madsen & shutterstock

Röd jätte brinner ut

En jättestjärna med cirka 40 gånger större massa än solens massa förbrukar sitt bränsle och kollapsar.

ken ikeda madsen & shutterstock

Supernova ­exploderar

Temperaturen stiger till hundra biljoner grader, vilket får partiklar att slungas ut. De kolliderar med rester av stjärnan och skapar en hypernova.

ken ikeda madsen & shutterstock

Svart hål slungar ut materia

Bildningen av svarta hål driver ut ett skal av materia med 99,9999 procent av ljusets hastighet genom den kollapsande stjärnan.

ken ikeda madsen & shutterstock

Kollision skapar gammastrålning

Materien kolliderar med rester av stjärnans yttre atmosfär, vilket skapar en stor mängd gammastrålning med låg och medelhög energi.

ken ikeda madsen & shutterstock

Gasmoln fyller ­fotoner med energi

Mötet med interstellär gas accelererar elektroner, som överför energi till fotoner genom omvänd Comptonspridning.

ken ikeda madsen & shutterstock

Gammablixt far iväg

Fotonerna kan bli en miljard gånger energirikare än vanligt ljus, och gammastrålning med extremt hög energi uppstår.

ken ikeda madsen & shutterstock

År 1997 avgjordes tvisten med gammablixten GRB 970508, som bekräftade att dessa fenomen faktiskt härrör från avlägsna galaxer.

För första gången observerade forskarna den så kallade rödförskjutningen, astronomins svar på tonhöjdsförändringen när en ambulans med påslagna sirener kör förbi.

Ju snabbare den passerar, desto mer förändras tonhöjden. Likadant är det med rödförskjutningen. När universum utvidgas rör sig galax-hoparna bort från varandra.

Ju längre bort de befinner sig, desto snabbare rör de sig bort från jorden och desto mer framträder ljusets röda våglängder. Graden av rödförskjutning kan omsättas till ett ungefärligt avstånd, och GRB 970508 befann sig hela sex miljarder ljusår bort. Som jämförelse är Vintergatan som mest 200 000 ljusår bred.

Astronomernas bästa förslag var att exploderande jättestjärnor låg bakom det oerhört energirika fenomenet. Redan året därpå, 1998, bekräftades deras misstanke delvis av gammablixten GRB 980425, som kom bara ett dygn efter en enorm supernova – en explosion av en tung stjärna som kollapsar under sin egen vikt.

Enligt teorin utlöses gammablixtarna av en jättestjärnas dödsryckningar. Då avger stjärnan materia och strålning som tillsammans skapar våldsamma urladdningar.

Gammablixtar är tveeggade trillingar

Med hjälp av satellitmätningar byggde astronomerna med tiden upp en stor databas över gammablixtar, som visade att de kan delas in i två grupper. Vissa är kort­variga, i genomsnitt under en sekund, medan andra kan pågå i ett tvåsiffrigt antal sekunder.

© Ken Ikeda Madsen & Shutterstock

Sönderfall och kollisioner skapar gammablixtar

Gammablixtar är oerhört kraftfulla urladdningar av elektromagnetisk strålning. Satellitmätningar har visat att dessa blixtar kan vara både korta och långa.

  • Kollisioner är kortvariga

    Korta gammablixtar varar i genomsnitt 0,3 sekunder. De uppstår troligen när två neutronstjärnor eller en neutronstjärna och ett svart hål kolliderar.

  • Sönderfall avger långa blixtar

    Långa gammablixtar, som kan vara i 30 sekunder, uppstår troligen när universums allra största stjärnor kollapsar under sin egen vikt.

Gammablixtar uppstår därför sannolikt på två olika sätt. Enligt astronomerna uppstår de långvariga blixtarna när en döende jättestjärna kollapsar och skapar ett svart hål, medan de korta gammablixtarna är resultatet av en kollision mellan två neutronstjärnor.

I en hämningslös dödsdans roterar två extremt tunga stjärnor allt närmare varandra tills de slutligen kolliderar. Kollisionen skapar en ny himlakropp med så stor massa att den kollapsar under sin egen vikt. I en sista kraftansträngning avger himlakroppen en kort gammablixt och omvandlas till ett svart hål.

Det finns två olika typer av korta gammablixtar, beroende på om de har eller inte har så kallad förlängd utstrålning – en cirka hundra sekunder lång svans av svag gammastrålning.

Enligt kinesiska forskare vid ­universitetet i Nanjing kommer gammablixtar med förlängd utstrålning från hopsmältning av två neutron­stjärnor, medan blixtar utan utstrålning uppstår i kollisionen mellan en neutronstjärna och ett svart hål.

För forskarna återstår det ännu – som tur är – att observera en gammablixt i Vintergatan. Gammablixtar är nämligen så våldsamma att alla planeter som befinner sig på ett avstånd av ett par tusen ljusår blir stekta.

För att en sådan katastrof ska inträffa krävs dock att planeten ligger i linje med den kollapsande stjärnans rotations-axel, eftersom gammastrålningen avges i två strålkäglor i tolv graders vinkel från dödsstjärnans polområden.

Saknad foton bär extrem energi

Gammastrålning, den mest energirika typen av elektromagnetisk strålning, kallas joniserande. Det innebär att strålningens höga energi kan slå loss elektroner från grundämnen och skapa joner som kan vara cancerframkallande när de träffar levande celler.

Gammastrålning är den mest energirika typen av elektromagnetism. Strålningens korta våglängd och höga frekvens används bland ­annat i PET-skanningar.

Just den höga energin var anledningen till att astronomerna jublade över Swiftsatellitens upptäckt i januari 2019.

Enligt mätningarna var gammablixten GRB 190114C den största explosion som någonsin observerats i universum. Stjärnan som gav ifrån sig gammablixten befann sig cirka 4,5 miljarder ljusår bort.

Gammastrålningen har följaktligen färdats i 4,5 miljarder år i ljusets hastighet och exploderade därmed ungefär vid samma tidpunkt som när jorden bildades.

Teleskop observerer det kraftigste gammaglimt nogensinde

MAGIC-teleskopen på La Palma fångade den kraftiga gammablixten GRB 190114C den 14 januari 2019. 


I den så kallade efterglöden av elektromagnetisk strålning (bland annat radiovågor, synligt ljus och röntgenstrålning) upptäckte forskarna en foton med en energi­nivå på en teraelektronvolt.

Fotonen var därmed en miljard gånger energirikare än vanligt ljus, vilket ger stöd åt astronomernas teorier om gammablixtarnas ursprung.

En foton kan nämligen bara uppnå så hög energi genom en process som kallas omvänd Comptonspridning, där elektroner i ljusets hastighet överför energi till fotoner i samband med en jättestjärnas dödsryckningar.

Kol-14-topp förvånar forskarna

Upptäckten av den extremt energirika fotonen visar att gammablixtarna troligen är ännu kraftigare än vad man tidigare trott. Därför får det också allvarligare konsekvenser om en stjärna i jordens galaktiska grannskap skulle avge en gammablixt.

Forskarna letar just nu efter spår av gammablixtar nära jorden, och mycket tyder på att de inte behöver gå längre än 1 250 år tillbaka i tiden för att hitta en.

© Fermi LAT Collaboration/DOE/NASA

Ralph Neuhäuser, professor i astrofysik vid universitetet i tyska Jena, har tillsammans med sin kollega Valeri Hambaryan upptäckt att årsringarna i japanska träd år 774 innehöll 20 gånger mer kol-14 än normalt.

Senare har samma höga nivå av kol-14 registrerats i tyskt, amerikanskt och nyzeeländskt trä.

Kol-14, den radioaktiva av totalt tre kolisotoper, bildas när jordens atmosfär bombarderas med strålning från universum. Om mängden kol-14 plötsligt stiger betyder det att mer strålning från rymden har nått oss.

Träd ansamlar kol i veden, så ju mer kol-14 atmosfären innehåller, desto mer hamnar i veden.

Utifrån mängden kol-14 i ved samt innehållet av beryllium-10 och nitrat i iskärneborrningar från Antarktis uppskattar Neuhäuser och Hambaryan att källan till den ökade kosmiska strålningen var en kort gammablixt skapad av kollisionen mellan två neutronstjärnor 12 000 ljusår bort.

Jorden träffades av en bredsida

Gammablixten år 774 hade en begränsad effekt, men om jorden skulle drabbas av något liknande i dag hade det fått samma konsekvenser som ett massivt solutbrott och bland annat satt vår flotta av satelliter ur spel, åtminstone tillfälligt.

Om gammablixten uppstår på ett avstånd av ett par tusen ljusår, eller är lika kraftigt som det som Swiftsatelliten registrerade i januari 2019, kan det få allvarliga konsekvenser för livet.

För 444 miljoner år sedan drabbades jorden av den näst värsta biologiska kollapsen i planetens historia. Händelsen utplånade 49 till 60 procent av alla släkten och 85 procent av alla arter.

Gammastrålning låg bakom massutdöende

För 444 miljoner år sedan dog 85 procent av alla arter ut, troligen på grund av en gammablixt. Strålningen förstörde bland annat atmosfären, så att synligt ljus stängdes ute och skadlig UV-strålning kunde skaka planeten.

Teorierna om orsaken till massutdöendet har varit många, allt från giftiga metaller som friges från havsbotten till en kraftig minskning av atmosfärens innehåll av växthusgaser.

År 2003 föreslog dock en grupp amerikanska astronomer att syndaren var en gammablixt cirka 10 000 ljusår bort. Enligt forskarna omvandlade gammastrålningen atmosfärens innehåll av syre- och kvävemolekyler till kväve-
dioxid, vilket skapar en olycklig treenighet av effekter på livet.

Blixten i sig förstör ozonlagret så att solens skadliga ultravioletta strålning når ner till jordytan, medan kvävedioxiden gör nederbörden sur och stänger ute solljuset, så att växter dör och temperaturen faller.

Samtliga tre effekter överensstämmer med förloppet för 444 miljoner år sedan.

Samtidigt har forskarna funnit avslöjande bevis i form av vilka arter som överlevde och vilka som inte gjorde det. En av jordens mest utbredda djurgrupper var trilobiterna, en grupp leddjur som är besläktade med dagens dolksvansar och gråsuggor.

Vid ett massutdöende överlever normalt de mest utbredda arterna, det vill säga arter med störst habitat, eftersom de är bättre rustade än arter med mindre livsutrymme.

För 444 miljoner år sedan försvann emellertid arter som levde på grunt vatten eller som ofta rörde sig nära havsytan, medan arter av trilobiter som befann sig på djupt vatten överlevde.

Trilobiter såg ut som väldiga gråsuggor. När en kraftig gammablixt drabbade ­jorden för 444 miljoner år sedan överlevde bara ­arter som levde långt ner i havet.

Det tyder på att just det utbredda livet nära ytan drabbades och fick dramatiskt förändrade livsvillkor till följd av gammastrålningen.

Nya teleskop mäter blå strålning

Trots att satelliter och teleskop i genomsnitt observerar en gammablixt om dagen upplever varje galax statistiskt sett bara några få gammablixtar under en miljon år.

Risken att jorden ska steriliseras inom den närmaste framtiden är försvinnande liten – men den finns. Därför letar forskarna nu i jordens galaktiska grannskap efter nästa stjärna som skulle kunna ge ifrån sig en gammablixt.

Det bästa – eller det sämsta – förslaget på en sådan stjärna hittade en grupp australiska och brittiska forskare år 2018, då de undersökte det mystiska stjärn­systemet Apep, som befinner sig cirka 8 000 ljusår från jorden.

Därmed befinner det sig inom det avstånd där en fullträff från en av de två konformiga dödsstrålarna skulle ställa till med stora problem för vår planet. Apep består av en dubbelstjärna med en tredje stjärna i omloppsbana.

Stjärnorna i dubbelstjärnan är så kallade Wolf-Rayet-stjärnor, en stjärntyp som uppstår under de sista 200 000 åren av en jättestjärnas liv. Runt dubbelstjärnan ligger ett töcken av utslungat material, vilket tyder på att minst en av dubbelstjärnans himlakroppar roterar extremt snabbt.

Enligt astronomerna är just denna typ av snabbt roterande stjärna den mest uppenbara kandidaten till långa gammablixtar.

Gammastrålning badar ­planeten i blått ljus

Stark gammastrålning från en avlägsen gammablixt når inte ner genom jordens atmosfär. I stället omvandlas den till blåaktig tjerenkovstrålning som kan observeras med jordteleskop.

För att kunna lära sig mer om gammablixtarna behöver forskarna mer information. Under de senaste årtiondena har viktiga data kommit från satelliter som Swift och rymdteleskopet Fermi, men nu satsar astronomerna på jordbaserade observationer, i synnerhet i form av det multinationella projektet Cherenkov Telescope Array (CTA).

CTA utgörs av två stora samlingar av så kallade tjerenkovteleskop i Chile och på La Palma, en av Kanarieöarna utanför Afrikas västkust. Med tjerenkovteleskop kan forskarna registrera gammablixtar i universum.

När gammastrålningen träffar luftmolekyler i den övre atmosfären slås de sönder och skapar en skur av partiklar med mycket hög energi. Partiklarna registreras i form av blått ljus, så kallad tjerenkovstrålning, som strålar ner mot jordytan i en kägelform och avslöjar den ursprungliga gammakällans styrka och riktning.

Med sina hundratals mindre teleskop blir CTA tio gånger känsligare än tidigare jordbaserade gammaobservatorier.

De första prototyperna ska börja byggas på La Palma år 2022 och enligt planerna ska mätningarna vara uppe i full kapacitet år 2026.

Vid det laget kommer astronomerna att kunna lära sig ännu mer om ett av få fenomen i universum – som de dock inte vill komma närmare än absolut nödvändigt.

Läs också:

Galaxer

Kosmiskt kaos skapade Vintergatan

13 minuter
Liv i rymden

5 myter om människor i rymden

8 minuter
Svarta hål

Black Friday: Svarta hål punkterar vårt universum

28 minuter

Logga in

Ogiltig e-postadress
Lösenord behövs
Visa Dölj

Redan prenumerant? Prenumererar du redan på tidningen? Klicka här

Ny användare? Få åtkomst nu!

Nollställ lösenord.

Skriv in din e-postadress, så skickar vi anvisningar om hur du återställer ditt lösenord.
Ogiltig e-postadress

Kontrollera din e-post

Vi har skickat ett e-postmeddelande till med instruktioner om hur du återställer ditt lösenord. Kontrollera ditt skräppostfilter om meddelandet inte har kommit.

Uppge nytt lösenord.

Skriv in ett nytt lösenord. Lösenordet måste ha minst 6 tecken. När du har upprättat ditt lösenord blir du ombedd att logga in.

Lösenord behövs
Visa Dölj