Universum — några av hemligheterna avslöjade
DEN 4 juli år 1054 spanade Yang Wei Te upp mot den tidiga morgonhimlen. Som officiell astronom vid Kinas kejserliga hov studerade han mycket noggrant stjärnornas rörelser, när plötsligt ett klart ljus nära stjärnbilden Orion drog till sig hans uppmärksamhet.
En ”gäststjärna” hade framträtt — det var så denne forntida kines kallade denna ovanliga företeelse. Sedan Yang plikttroget hade rapporterat detta för sin kejsare, lade han märke till att ”gäststjärnan” hade blivit så ljusstark att den till och med lyste starkare än Venus och i flera veckor kunde ses i klart dagsljus.
Nio hundra år skulle förflyta innan detta skådespel kunde förklaras på korrekt sätt. Man tror nu att den kinesiske astronomen bevittnade en supernova, en väldig stjärnas våldsamma dödskamp. Orsakerna till ett sådant märkligt fenomen är bara några av de hemligheter som astronomin försöker avslöja. Det som nu följer är en förklaring som astronomer omsorgsfullt har arbetat sig fram till.
Även om stjärnor som vår sol kan vara enormt stabila och ha en ofantligt lång livslängd, ger deras tillblivelse och död upphov åt de mest spektakulära skådespelen på himlen. Forskare tror att en stjärnas levnadshistoria börjar inne i en nebulosa.
Nebulosa. Detta är beteckningen på ett interstellärt moln av gas och damm. Nebulosor hör till de vackraste objekten på natthimlen. Nebulosan som man ser på omslaget till denna tidskrift kallas Trifidnebulosan (eller nebulosan med tre sprickor). Inne i denna nebulosa har nya stjärnor fötts, vilket gör att nebulosan avger ett rödaktigt sken.
Såvitt man vet bildas stjärnor inne i en nebulosa när den spridda materien under påverkan av gravitation kondenseras till bunden gas. Dessa jättelika gasklot stabiliseras när de når den temperatur då kärnreaktioner sätts i gång i molnets centrum, vilket hindrar fortsatt sammandragning. I och med det har en stjärna fötts, ofta tillsammans med andra, med vilka den bildar en stjärnhop.
Stjärnhopar. På fotot på sidan 8 ser vi en liten stjärnhop som kallas Juvelskrinet och som man tror bildades för bara några miljoner år sedan. Namnet myntades med anledning av 1800-talsastronomen John Herschels målande beskrivning: ”ett skrin med olikfärgade ädelstenar”. Man vet att det enbart i vår galax finns över tusen liknande hopar.
Stjärnans energi. En stjärna i sitt första utvecklingsskede stabiliseras när en kärnreaktion sätts i gång i dess inre. Den börjar förvandla väte till helium i en fusionsprocess som i viss mån påminner om det som händer i en vätebomb. Massan hos en genomsnittlig stjärna, som solen, är så stor att kärnreaktionen kan pågå i miljarder år utan att bränslet tar slut.
Men vad händer när en sådan stjärna till slut har förbrukat sitt vätebränsle? Kärnan drar ihop sig och temperaturen stiger, när vätet i stjärnans centrum tar slut. Samtidigt expanderar de yttre lagren enormt, så att stjärnans radie ökar med 50 gånger eller mer, och den blir en röd jätte.
Röda jättar. En röd jätte är en stjärna med en relativt låg yttemperatur. Därför förefaller den vara röd i stället för vit eller gul. Denna fas i en stjärnas liv är relativt kort och slutar — när det mesta av heliumet har förbrukats — med ett färgsprakande fyrverkeri. Stjärnan, som fortfarande förbränner helium, stöter ut de yttre lagren, och dessa bildar en planetarisk nebulosa som glöder på grund av den energi som kommer från moderstjärnan. Till slut krymper stjärnan dramatiskt för att bli en svagt lysande vit dvärg.
Men om den ursprungliga stjärnan har tillräckligt stor massa, blir slutresultatet att själva stjärnan exploderar. Då blir den en supernova.
Supernovor. En supernova är den explosion som utgör slutet på en stjärnas liv som ursprungligen hade mycket större massa än solen. Enorma mängder stoft och gas spys ut i rymden genom våldsamma chockvågor med hastigheter på mer än 10.000 kilometer i sekunden. Det intensiva ljuset från explosionen är så starkt att det överträffar en miljard solar och framträder som en gnistrande diamant i skyn. Den energi som frigörs i en enda supernovaexplosion motsvarar den totala energi som solen skulle utstråla på nio miljarder år.
Nio hundra år efter det att Yang iakttog sin supernova kan astronomer fortfarande se de utspridda resterna efter explosionen, en formation som kallas Krabbnebulosan. Men något mer än nebulosan hade lämnats kvar. I dess centrum upptäckte man någonting annat — ett litet objekt som roterar 33 gånger per sekund och som kallas pulsar.
Pulsarer och neutronstjärnor. Med en pulsar menar man en extremt tät, roterande kärna av materia som lämnats kvar efter det att en stjärna med inte mer än tre gånger solens massa genomgått en supernovaexplosion. Pulsarernas diameter är mindre än 30 kilometer, så de upptäcks sällan med optiska teleskop. Men de kan identifieras med hjälp av radioteleskop, som registrerar de radiosignaler som alstras i samband med deras snabba rotation. En stråle radiovågor roterar tillsammans med stjärnan, precis som ljusstrålen från en fyr, och den uppfattas av en iakttagare som en puls, vilket gett upphov åt benämningen pulsar. Pulsarer kallas också neutronstjärnor, eftersom de huvudsakligen består av tätt packade neutroner. Detta förklarar deras otroliga täthet — över hundra miljoner ton per kubikcentimeter.
Men vad skulle hända om en riktigt stor stjärna blev en supernova? Enligt astronomernas beräkningar skulle kärnan fortsätta att kollapsa efter neutronstjärnestadiet. Teoretiskt skulle gravitationen som pressar samman kärnan bli så stor att ett så kallat svart hål skulle bildas.
Svarta hål. Dessa sägs vara som gigantiska kosmiska strömvirvlar från vilka inget kan komma ut. Den inåtriktade gravitationen är så stark att både ljus och materia som kommer för nära obönhörligen sugs in i hålen.
Inget svart hål har någonsin blivit direkt iakttaget — vilket egentligen är omöjligt — även om fysiker hoppas kunna påvisa deras existens genom den verkan de utövar på närliggande objekt. Det kanske krävs ny observationsteknik för att avslöja denna speciella hemlighet.
Galaxernas hemligheter
En galax är en kosmisk formation som utgörs av miljarder stjärnor. År 1920 upptäckte man att solen inte var medelpunkten i vår galax, som man tidigare hade antagit. Inte lång tid därefter avslöjade kraftiga teleskop en rad andra galaxer, och man började förstå hur ofantligt stort universum är.
Det diffusa ljusstråk vi ser, det som vi kallar Vintergatan, är i själva verket en del av vår egen galax. Ifall vi kunde se den på håll skulle den se ut som en jättelik vindsnurra med spiralarmar. Dess form har liknats vid två stekta ägg som läggs baksida mot baksida, fast i mycket större skala förstås. Med ljusets hastighet skulle det ta 100.000 år att färdas tvärs över hela vår galax. För solen, som befinner sig i ytterkanten av galaxen, tar det 200 miljoner år att fullborda ett varv runt dess centrum.
Galaxerna gömmer, liksom stjärnorna, fortfarande på många hemligheter som håller vetenskapen i spänning.
Kvasarer. På 1960-talet registrerades starka radiosignaler från objekt långt, långt utanför vår lokala galaxgrupp. De kom att kallas kvasarer — en förkortning av ”kvasistellära radiokällor” — på grund av deras likhet med stjärnor. Men astronomerna förbryllades av de kolossala mängder energi kvasarerna avgav. De mer ljusstarka lyser omkring tio tusen gånger kraftigare än Vintergatan, och de mest avlägsna som upptäckts befinner sig mer än tio miljarder ljusår bort.
Efter två decenniers intensiv forskning har astronomerna kommit till slutsatsen att dessa avlägsna kvasarer är mycket aktiva kärnor av fjärran belägna galaxer. Men vad är det som pågår i kärnan hos dessa galaxer med tanke på de enorma mängder energi som alstras? En del forskare tror att energin frigörs i samband med gravitationsprocesser i stället för kärnfusion, som hos stjärnorna. Enligt de senaste teorierna förbinds kvasarer med gigantiska svarta hål. Huruvida detta stämmer eller inte är för närvarande osäkert.
Kvasarer och svarta hål är bara två av de gåtor som ännu måste lösas. Ja, vissa av universums hemligheter kanske vi aldrig kommer att helt kunna förstå. Men de som har avslöjats kan ge oss några djupa lärdomar, lärdomar som sträcker sig långt utanför astronomins område.
[Bild på sidan 7]
Spiralgalax M83
[Bildkälla]
Foto: D. F. Malin. Med benäget tillstånd av Anglo-Australian Telescope Board
[Bilder på sidan 8]
Juvelskrinet
Öppen stjärnhop, Plejaderna i Taurus, M45
[Bildkälla]
Foto: D. F. Malin. Med benäget tillstånd av Anglo-Australian Telescope Board
[Bilder på sidan 8]
Orionnebulosan; infälld bild visar Hästhuvudnebulosan
[Bildkälla]
Foto: D. F. Malin. Med benäget tillstånd av Anglo-Australian Telescope Board