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Pettersson starb laut einer Pressemitteilung des Karolinska Krankenhauses in Stockholm an einer Gehirnblutung im Zusammenwirken mit Organversagen. Die außerdem von den Ärzten festgestellten schweren Kopfverletzungen hatte er sich möglicherweise nach einem Sturz als Folge der Gehirnblutung zugezogen.
Der 57-jährige Schwede lebte zuletzt zurückgezogen und hatte laut Medienberichten mit gravierenden Alkohol- und Drogenproblemen zu kämpfen. Laut der Boulevardzeitung "Aftonbladet" hatte Pettersson kurz vor seinem Tod mit Olof Palmes Sohn Marten Kontakt aufgenommen und ein Treffen vorgeschlagen, zu dem es allerdings nicht mehr kam.
Zweieinhalb Jahre nach dem Attentat auf Palme am 28. Februar 1986 wurde Petterson als Hauptverdächtiger festgenommen und im Sommer 1989 unter anderem deswegen, weil Palmes Witwe Lisbeth ihn als Täter identifiziert hatte, zu lebenslänglicher Haft verurteilt. Das Berufungsgericht sprach Pettersson wenige Monate danach jedoch wieder frei, weil es die Aussagen der Witwe, die den Mord aus nächster Nähe miterlebt hatte, nicht als ausreichenden Beweis anerkannte.
Die schwedische Kriminalpolizei ermittelt bis heute zu dem ungeklärten Mord an dem früheren Ministerpräsidenten. Viele Menschen in Schweden glauben bis heute an die Täterschaft Petterssons. Oberstaatsanwältin Agneta Blidberg sagte am Mittwoch, der Tod des ehemaligen Hauptverdächtigen habe keinen Einfluss auf die weiteren Ermittlungen.