Supernova on räjähdys, joka päättää massiivisen tähden ydinfuusioon perustuvan elinvaiheen.

– Supernovien tutkimus on kehittynyt voimakkaasti viime vuosikymmeninä. Aihe on kansainvälisesti kuuma, sillä supernovien avulla voidaan tutkia muun muassa tähtien evoluutiota ja maailmankaikkeuden rakennetta ja kehitystä eli kosmologiaa, toteaa tähtitieteilijä Jussi Harmanen, joka tekee Turun yliopistossa väitöskirjaa erikoislaatuisista supernovista.

Räjähtäessään supernovat tuottavat raskaita alkuaineita ja levittävät myös tähden sisuksissa muodostuneita alkuaineita, kuten hiiltä, happea ja rautaa ympäröivään avaruuteen.

– Supernovat ovat mahdollistaneet nykyisten planeettakuntien muodostumisen, sillä alkuräjähdyksen jälkeen maailmankaikkeus koostui pääasiassa vedystä ja heliumista. Maapallon ja sittemmin elämän muodostuminen ei olisi ollut mahdollista ilman supernovia, Harmanen kuvailee.

Erikoislaatuiseksi supernovan tekee joko sen kirkkaus tai spektri eli säteilyn kirkkausjakauma aallonpituuden mukaan. Harmanen tutkii erityisesti tyypin II supernovia.

– Harvinaisissa tyypin IIn supernovissa havaitaan kapeat ja voimakkaat vedyn emissioviivat, jotka ovat seurausta laajenevan supernovan vuorovaikutuksesta tähteä ympäröivän aineen kanssa. Yleensä ympäröivää ainetta ei ole riittävästi, joten kapeita viivoja ei havaita. Tyypin IIn supernovana räjähtäneellä tähdellä on ollut voimakas tähtituuli tai massapurkauksia lyhyen ajan sisällä ennen räjähdystä. Jo pelkästään tästä voidaan vetää johtopäätöksiä räjähtäneestä tähdestä vertaamalla havaintoja esimerkiksi läheisten massiivisten tähtien ominaisuuksiin, kertoo Harmanen.

Pro gradu -tutkielmaansa varten Harmanen analysoi SN2011ap:ksi nimetyn supernovan laajan havaintoaineiston.

– Havaintojen huolellisella analyysillä voidaan tutkia supernovina räjähtävien tähtien elinkaarten viimeisiä vaiheita. Tutkimuksessani arvioin muun muassa räjähdyksessä muodostuneen radioaktiivisen nikkelin määrän, joka lopuksi hajoaa stabiiliksi raudaksi. Määrittelin myös supernovan räjähdysmallin sekä tähden ominaisuuksia mahdollisimman tarkasti.

Väitöskirjatyössään hän jatkaa SN2011ap:n kaltaisten harvinaisten supernovien tutkimusta.

– Turun yliopisto on mukana muun muassa laajassa kansainvälisessä ePESSTO-ohjelmassa (extended Public ESO Spectroscopic Survey of Transient Object), jossa alun perin tavoitteena oli luokitella 2 000 supernovaa. Näistä 150 kohdetta valittaisiin perusteelliseen seurantaan. Tulen hyödyntämään myös tätä aineistoa tutkimuksessani.

Supernovien tutkimuksesta haastavaa tekee se, että lähiavaruudessa ne ovat melko harvinaisia: Linnunradassa supernovia räjähtää arviolta noin kerran sadassa vuodessa. Muissa galakseissa supernovia havaitaan vuosittain yhteensä tuhansia, mutta pääasiassa pelkkinä valopisteinä kaukaisen etäisyyden takia.

– Haasteena on ymmärtää supernovia pelkästään havaitun valon ja sen muutoksen perusteella. Lisäksi osa kiinnostavista räjähdyksistä tapahtuu niin etäällä, että niitä voidaan havaita vain kohteen ollessa kirkkaimmillaan. Tyypillisesti supernovien himmenemistä tulisi seurata vähintään muutamia kuukausia kattavan kokonaiskuvan saamiseksi.

Kansikuva: Supernova SN2011ap:n kenttä, havainto Nordic Optical Telescopella 8.7.2012
Teksti ja muut kuvat: Jenni Hietala