Om ett universum i ständig och våldsam förändring, om kosmisk strålning, supernovor som imploderar och om svarta hål och vita dvärgar skriver den franska forskaren Kumiko Kotera i sin färgstarka och livliga L’Univers violent men också om sin egen forskning och om hur astronomin numera utvecklat en internationell gemenskap.
När Galileo Galilei tog sig an och vidareutvecklade den då nya uppfinningen teleskopet, var en viktig del av hans arbete att kunna lägga fram bevis för att universum förändras. Enligt den vid den tiden rådande ptolemaiska synen på världen – i vilken jorden var universums centrum – rörde sig planeterna i perfekta rörelser kring jorden och allting i den högre rymden ansågs vara statiska entiteter. När Galileo dokumenterade solfläckarna, och när han avbildade månens yta som taggig och ojämn, lade han grunden för vår moderna, granskande syn på rymden.
Galileo är en av alla gestalter som bidragit till att fördjupa vår förståelse av universum. Ännu har kanske Kumiko Kotera inte blivit känd på samma sätt som Galileo, men även hon har bidragit till vår förståelse av rymden, och framför allt av dess föränderlighet. Hennes bok L’Univers violent (”Det våldsamma universum”), är Koteras kärleksförklaring till astrofysiken och framför allt till supernovorna, de mest våldsamma händelserna i universum.
En supernova uppstår när en stjärna dör. Stjärnor lyser tack vare en pågående kärnfusion i stjärnans mitt. Så länge fusionen fortgår finns ett energiflöde från kärnan och utåt som skapar ett konstant tryck som håller gravitationen konstant. När fusionens bränsle – först väte och senare helium – tar slut, rubbas denna jämnvikt. Både trycket och temperaturen stiger och till slut börjar stjärnans yttre lager falla in mot stjärnans mitt.
Dixikons nyhetsbrev? Anmäl dig här
Det är något som händer alla stjärnor, men det finns olika möjliga utfall. Om stjärnans massa är mindre än 1,44 solmassor blir resultatet en vit dvärg. En vit dvärg kan fortsätta lysa i ett par miljarder år till, men kyls så småningom ner och antas då bli förvandlad till en svart dvärg. Är stjärnans massa däremot större än 1,44 solmassor blir resultatet en neutronstjärna. Sådana stjärnor är extremt heta, uppemot 100 miljoner grader, och har en ofantlig densitet. Så småningom kollapsar det som är kvar i neutronstjärnans mitt och imploderar i en supernova. Det är de här ofantliga mängderna energi som fascinerar Kumiko Kotera. Hon tar oss lugnt och pedagogiskt genom hela processen, och med ut på en exkursion inte bara genom hela vårt kända universum, utan även utanför det.
Omkring en tredjedel av alla supernovor kan ses med blotta ögat, och vissa är så starka att de kan ses även på dagtid. År 1054 observerade till exempel kinesiska astronomer en ny, starkt lysande stjärna på himlen. Stjärnan syntes i 22 månader och dokumenterades även i Japan och i Irak. Stjärnan kallas idag SN 1054 ( enligt praxis för hur supernovor namnges, med ”SN” och året då den först sågs). Resten av supernovan kan idag ses i Krabbnebulosan, det gasmoln som återstår efter implosionen (molnet såg tidigare ut som en krabba, vilket gav upphov till namnet).
Ser man till de historiska rullorna verkar astronomerna ha noterat en supernova ungefär vart hundrade år, ibland mer regelbundet. För att återknyta till Galileos arbete med att samla bevis för universums föränderlighet, beskrev Johannes Kepler stjärnan SN 1604 (som senare visat sig vara en supernova) i stjärngruppen Ormbäraren lagom i tid för att bli en del av Galileos argumentation. En ny stjärna på himlavalvet måste ju ses som ett tecken på att universum inte är statiskt.
Den senaste supernovan som kunnat ses från jordklotet var SN 1987A (det året dokumenterades flera supernovor, därav bokstaven i slutet av namnet). En möjlig framtida kandidat är Bételgeuse, stjärnbilden Orions vänstra axel. Den kommer troligen att sönderfalla i en supernova någon gång de närmaste 100 000 åren, men avståndet till jorden – omkring 550 ljusår – gör att det inte utgör någon risk för livet på jorden. Däremot kommer ljuset som alstras att lysa lika starkt som vår halvmåne och nog kunna ses under åtminstone tre månader.
Och ingen behöver nu oroa sig att vår egen sol i närtid skulle förvandlas till en supernova. Även om man kan råka på uttalanden av slaget att solen växer, och att den i sinom tid kommer att bli en röd jätte som slukar jorden, ligger den förändringen långt fram i tiden. Solen förväntas bli åtminstone 12 miljarder år gammal, och är ännu ”bara” 4,6 miljarder år.
På väg genom rymden in i Oxens stjärnbild når videon till sist de inre delarna av Krabbnebulosan
Kotera vägleder oss varsamt genom rymden och förmedlar mängder med ny kunskap. Hon berättar om en kollision mellan två stjärnor, var för sig dubbelt så stora som vår sol. De två stjärnorna låg inledningsvis långt ifrån varandra, men på grund av graviationsförändringarna mot slutet av deras respektive existenser, när de förvandlats till neutronstjärnor, började de närma sig varandra, först långsamt och sedan allt snabbare, för att slutligen kollidera. Tryckvågen blev så våldsam att den nådde hela vägen fram till vår planet, 140 miljoner ljusår bort. Den explosionen kom att helt förändra vår uppfattning av universum.
Att två neutronstjärnor på detta sätt skulle kunna slås samman till ett svart hål, en kilonova, hade föreslagits redan 1998, men den gravitationsvågssignal som uppkom den 17 augusti 2017 (kallad GW170817) var den första som kunnat observeras från jorden.
Kotera beskriver det som ett möte mellan Skylla och Karybdis, ett möte mellan två mytologiska monster som var för sig slukar och ibland spyr upp sina offer. Sannolikheten för att en sådan signal skulle nå oss är mikroskopisk, men vid det laget hade teknologin kommit så långt att flera teleskop var för sig kunde observera tryckvågen.
Uppfångandet av GW170817 är ett exempel på vad som kallas flerförmedlarastronomi (multi-messenger astronomy). Det är en tämligen ny gren inom astronomin som går ut på att studera händelser i rymden med hjälp av information från flera olika slags förmedlare: elektromagnetisk strålning, gammastrålning, gravitationsvågor och olika typer av partiklar. Kotera kallar det ”ljudfilmens inträde i universums stora bio”.
Kumiko Koteras intresse för universum handlade till en början om de mängder med information som finns att hämta, över vidsträckta avstånd. Hon beskriver sig själv som en då ung, idealistisk doktorand som ville ägna sig åt att studera universums majestätiska storhet. Hennes handledare uppmanade henne att istället ägna avhandlingen åt studier av de allra minsta partiklarna, det vill säga av kosmisk strålning.
Det blev början på en ny fascination. Den kosmiska strålningen är nämligen ett av de största mysterierna i universum: de atomära och subatomära partiklar som rör sig genom universum i nära nog ljusets hastighet. Sådana partiklar kan komma från solen, från Vintergatan eller från galaxer ännu längre bort. Bland partiklarna finns de som kallas neutriner, som är exempel på elementarpartiklar, materiens allra minsta beståndsdelar. Vissa av neutrinerna i den kosmiska strålningen kan vara så gamla som från universums födelse. Redan 1931 föreslogs att neutriner kunde vara resultatet av en supernovas kollaps, men det var först i samband med SN 1987A (se ovan) som astronomerna kunde bevisa deras existens.
Koteras forskning handlar framför allt om kosmisk strålning med ultrahög energi, hundratals miljarder miljarder elektronvolt – ”denna barbariskt klingande energienhet” konstaterar den fransktalande Kotera – som är benämningen på den energi som krävs för att flytta en elektron. I den kosmiska strålningen finns oerhörda rörelsekrafter som överskrider allt på jorden. Kraften i partikelacceleratorn i CERN, den största i sitt slag på jorden, är 10 miljoner gånger svagare än styrkan i den kosmiska strålningen. För att komma upp i de krafter det är frågan om i rymden skulle det behövas en maskin stor som en galax.
Våldsamheten i universum, skriver Kotera, tar sig uttryck i många olika former, men det är först när den förkroppsligas i kosmisk strålning som vi har en chans att fullt ut förstå dess omfattning. Däremot är det mycket svårt att urskilja den kosmiska strålningens källa, eftersom den på vägen mot jorden påverkas av såväl galaktiska som extragalaktiska och terrestriska magnetfält, som alla var för sig inverkar på strålningens bana. Majoriteten av de neutriner som når jorden kommer från den närliggande solen, medan neutrinerna från supernovor i fjärran rymden kan vara så utspridda som en partikel per km2. Det innebär att forskarna behöver söka information över gigantiska ytor: på södra halvklotet bedrivs forskningen på ett stort fält på Pampas i Argentina, som är större än 3000 km2. Det största liknande fältet på norra halvklotet finns i Utah och är 762 km2.
Inte konstigt då att astronomin blivit en i högsta grad internationell gemenskap. Flaggskeppsartikeln om GW170817 (se ovan) undertecknades av fler än 4000 forskare från 900 forskningsinstitut. 2019 publicerades den första bilden av ett supermassivt svart hål, Sagittarius A*, i galaxen Messier 87, och den bild som man fick fram var resultatet av ett nätverk av radioteleskop över hela jorden.
Koteras eget arbete med att fånga upp kosmisk strålning består också av fältstudier över hela världen. Efter många års förhandlingar har hon kunnat genomdriva ett projekt med antenner i såväl Gobiöknen som i Kina och Argentina och senare också i Frankrike. ”De vackraste upplevelserna är i slutändan de mest vågade”, summerar Kotera.
L’Univers Violent är nu inte bara Koteras egen berättelse, utan också en redogörelse för astrofysikens historia, ända från betraktelsen av krabbnebulosan 1054 och framåt. Vi får möta ett stort antal gestalter, vissa mer kända för oss icke-fysiker än andra, och Kotera beskriver deras liv engagerande, som skrev hon biografier. Ta bara sidorna om Subrahmanyan Chandrasekhar, som räknade ut den efter honom uppkallade Chandrasekhargränsen (1,44 solmassor) som avgör om en stjärna kollapsar till en vit dvärg eller en supernova. Kotera skildrar hur en 23-årig Chandrasekhar begav sig ut på båtresan från Indien till London i augusti 1930, hans första ensamma månader som stipendiat i Cambridge, och hur han till slut välkomnades i Chicago där hans forskning fick det stora genomslag den förtjänade. Chandrasekhar valdes in i den svenska Kungliga Vetenskapsakademien 1973 och fick nobelpriset i fysik tio år senare.
Det är en färgstark och livlig skildring av astrofysiken, ett forskningsfält i vad som framstår som ständig förändring. Det är informativt på mycket hög nivå, och den som blinkar har troligtvis missat någonting väsentligt, kanske om gammablixtars längd – som kan vara millisekunder korta eller en hel minut långa – eller om det korrekta sättet att ange avstånd i världsrymden.
I slutet av boken förefaller universum ha blivit större än vid bokens början. Tveklöst större har min beundran blivit för astrofysikernas tålamodskrävande forskning.
- Klicka här för att läsa om Galileo och instrumenten för hans forskning
- Klicka här för att läsa Demoner och skyddsänglar. Om magens alla mikrober