Rymdteleskopets 10 i topp

De senaste två årtiondena har varit astronomins guldålder. Det säger Mario Livio, forskare och astronom vid Space science institute i Baltimore, USA. Han ger det jubilerande Hubbleteleskopet en stor del av äran för det.

– Tack vare rymdteleskopet och genom samverkan med instrument på jorden och i rymden har vår syn på universum och dess historia helt förändrats, säger Mario Livio.

Men det kunde ha varit en mycket sorglig historia. Teleskopet sändes upp redan den 24 april 1990. Kort efter att teleskopet hade placerats i sin bana runt jorden, visade det sig att dess spegel led av så kallad sfärisk aberration. Spegeln var alltså inte tillräckligt slät och det gav suddiga bilder. Men nederlaget vändes i succé när man 1993 lyckades installera en korrektionsspegel som kompenserade för ojämnheterna. Nu kom knivskarpa bilder.  Sammanlagt har fem serviceuppdrag genomförts på teleskopet, som ytterligare förbättrat dess instrument. Bland annat installerades 2002 en ny kamera som gav tio gånger bättre bilder. Men nu får teleskopet klara sig så länge det går, och förmodligen får det avsluta sin tjänst 2014.

För att fira 20-årsjubileet av de första skarpa bilderna har vi med hjälp av Mario Livio valt ut de tio största upptäckterna.

Svarta hål och supernovor, planeter bortom solsystemet, stjärnornas barnkammare och galaxer i vardande – det finns mycket att välja mellan. Till de största och mest överraskande upptäckterna hör den okända mörka energin som fyller världsalltet till tre fjärdedelar. Upptäckten belönades 2011 med Nobelpriset.

Tillsammans med den sedan tidigare kända mörka materien innebär upptäckten av den mörka energin att universum till sina huvuddelar är helt okänt för oss. Bara en liten skärva, cirka fyra procent, ger sig till känna genom sin utstrålning. Vad resten är för något är det fortfarande ingen som vet.

De många återstående frågorna ställer höga förväntningar på Hubbleteleskopets efterträdare, rymdteleskopet James Webb, som planeras till år 2018. Det ska bland annat spana efter de allra äldsta stjärnorna, de första som tändes i universum. 

1 Universums acceleration

Det kom som en chock när astronomerna 1998 offentliggjorde upptäckten att universum expanderar allt snabbare. Upptäckten kunde göras eftersom det gick att se extremt avlägsna stjärnexplosioner med Hubbleteleskopet – supernovor. Tack vare det kunde forskarna jämföra hur universum såg ut för länge sedan med hur det ser ut i dag. Nu visar det sig att universum inte bara expanderar som man tidigare tänkt. Expansionen ökar takten, och alltså måste det finnas någon sorts okänd form av energi – den mörka energin – som tänjer ut rymden. Ända sedan big bang har den mörka energin fyllt universum. Vad den är för något är fysikens största gåta i dag.

– Det är mycket frustrerande att inte veta, och vi kommer nog att leva med denna gåta ett bra tag till, säger Mario Livio.

Vad han finner än mer gåtfullt är att just vi råkar leva just nu för att upptäcka den accelererande expansionen.

– Universum har funnits mycket länge och kommer att finnas länge till. Hur kommer det sig att vi råkar leva i en tid då den mörka energin och universums materieinnehåll är ungefär lika stora?

2 Universums ålder

Att fastställa universums ­födelsedag var en av huvuduppgifterna för rymdteleskopet när det sändes i väg. Tidigare var tidpunkten för big bang väldigt osäker, vilket ledde till en mängd paradoxer, som att astronomer kunde hitta stjärnor som tycktes vara äldre än världsalltet.

Med Hubbleteleskopet gick det att bestämma hur långt bort galaxerna faktiskt befinner sig och hur snabbt de avlägsnar sig från oss. Att alla galaxer far bort från varandra är en upptäckt som kan dateras till 1920-talet. Den belgiske kosmologen Georges Lemaître var först med att påpeka att den observerade expansionen måste ha startat någonstans, och föreslog en alltings början i uratomen. Trettio år senare döptes Lemaîtres uratom om till big bang, men själva idén var kontroversiell ända in på 1960-talet.

Numera har universums ålder bestämts till 13,725 miljarder år, med tre procents säkerhet.

3 En stjärnas död

Stora stjärnor, på över åtta solmassor, dör med stor dramatik i en kosmisk explosion – en supernova. Mindre stjärnor sprängs inte, utan deras yttre gashölje blåser bort i makligare takt under kanske tiotusentals år. Kvar blir stjärnans heta inre vars strålar får den utslungade gasen att lysa. Resultatet kallas något missvisande för planetär nebulosa. Cirka 2 000 sådana är kända i dag, och rymdteleskopet har närstuderat nästan hälften av dem.

Ibland formar gasen koncentriska ringar kring stjärnan, som tyder på att den har kastats ut stötvis. Men tidsintervallet på cirka 500 år mellan stötarna är fortfarande svårt att förklara. Det är för långt för en stjärna att pulsera, det vill säga dras ihop och expandera, och för kort, om variationer i temperatur skulle ligga bakom.

4 Den kosmiska barnkammaren

Där stjärnorna föds blir det oftast tillräckligt med gas och stoft över till att även forma planeter.

Unga, klart lysande stjärn­embryon omges av mörkare stråk, där material till framtida planeter samlas.

Stjärnans strålar blåser bort en del av byggmaterialet, så bara de tätaste och därmed mörkaste partierna återstår. Ungefär hälften av de nyfödda stjärnorna har en sådan så kallad protoplanetär disk, vilket bekräftar föreställningen om att det finns mängder av planetmaterial att tillgå på många olika platser i världsalltet.

På rymdteleskopets närbilder kan man se igenom gasen ända in i kammaren, där stjärnorna med sina tillhörande stjärnsystem håller på att skapas.

5 Utbrott av gammastrålar

Nästan varje dag fångar teleskop på jorden upp en eller två korta blixtar av mycket intensiva gammastrålar.

– Tidigare kunde ingen säga var de kommer ifrån. Genom Hubbleteleskopet vet vi numera att de kommer från kosmiska källor långt bortom vår galax, säger Mario Livio. Eftersom gammastrålarna är så intensiva hör deras värdgalaxer till de mest avlägsna objekt vi kan se.

Galaxerna verkar vara av alla möjliga sorter och former, men gemensamt för dem är att det inuti i dem pågår en hektisk aktivitet med mängder av nya stjärnor i vardande. Det skulle stämma överens med idéerna om vad som i själva verket utgör upphovet till gammastråleutbrotten – mycket massiva stjärnor som kollapsar och förvandlas till svarta hål. När det sker sprids stjärnmaterialet runtom i rymden. En annan källa till gammastrålar kan vara en kollision mellan två neutronstjärnor, eller till och med svarta hål. En sak verkar säker – gammastråleutbrotten är alltid kopplade till att ett nytt svart hål föds.

6 Svarta hål  i galaxernas centrum

– Även före rymdteleskopet fanns det misstankar om att det mitt i galaxerna finns massiva svarta hål. Nu vet vi att varje galax innehåller ett svart hål. Det finns några verkliga monster, som det svarta hålet i galaxen M87, som väger tre miljarder solmassor. I en mindre galax är också det svarta hålet mindre – så galaxens och det svarta hålets storlek verkar hänga ihop.

Det tyder på att de har en gemensam historia av till­blivelse och utveckling.

7 Mörk materia

Observationer av hur galaxerna roterar visar att inte all kosmisk materia är synlig. Ungefär en fjärdedel av all materia i universum syns inte – den är okänd och kallas mörk materia. Men man kan studera hur den mörka materien med sin gravitation påverkar ljus. När strålar från avlägsna galaxer böjs av när de passerar en mer närliggande galaxhop, böjs de av mer ju mer materia galaxhopen innehåller.

Med Hubbleteleskopet kunde astronomerna mäta ljusets avböjning och därmed kunde de även beräkna fördelningen av den mörka materien.

8 Den stora kometkraschen

Ungefär någon gång per tusen år händer det – en komet kraschar in i en planet. Måhända är det en ganska vanlig händelse i det kosmiska perspektivet, men för astronomerna blev sommaren 1994 ett unikt tillfälle att följa kometen Shoemaker-Levys dykning mot Jupiter. Redan ett år tidigare hade kometen på sin väg genom solsystemet fallit sönder i ett par dussin fragment.

Beräkningar av kometresternas bana pekade mot en krasch så småningom, men ingen visste hur den skulle gå till.  

– Vi visste inte hur stora kometfragmenten var, men vi visste att det skulle kunna bli ett ofantligt fyrverkeri ifall de var tillräckligt stora. Den 16 juli gav oss Hubble svaret.

Under en vecka pågick bombardemanget mot planetens atmosfär, vilket fick gigantiska gasmoln att lyfta över Jupiters horisont. Ärren efter kollisionerna dröjde sig kvar i månader. Vågorna efter kometfragmenten spred sig snabbt, med 450 meter i sekunden, och väckte frågan om Jupiteratmosfärens sammansättning. Halten syre i förhållande till väte verkar vara tio gånger högre där än på solen. Men om båda bildades ur samma gas- och stoftmoln för cirka 5 miljarder år sedan, så borde halterna vara ungefär desamma. Avvikelsen väntar fortfarande på sin förklaring.

9 Utveckling av galaxer

Fotot visar ett utsnitt av himlen lika litet som om man tittar genom ett sugrör. Varje ljuspunkt – totalt 10 000 – är en galax som innehåller kanske 100 miljarder stjärnor.

– Vi vände Hubbleteleskopet mot en mörk fläck på himlen, så att ingenting skulle stå i vägen när vi ville titta riktigt långt bort, säger Mario Livio.

De galaxer som fastnade på bilden är mindre än de flesta man vanligen observerar; de mest avlägsna ligger åtta miljarder ljusår bort. Ju längre bort galaxerna är, desto längre tid tar det för ljuset att komma hit. Bilden bekräftar den etablerade teorin om en hierarkisk uppbyggnad av galaxerna, det vill säga att mindre galaxer växer stegvis genom att slås samman med ett antal andra galaxer.

– Detta hände oftare förr när universum var mindre och galaxerna låg närmare varandra. Det ser vi också på takten med vilken nya stjärnor bildas. Den är i dag cirka tio gånger lägre än för åtta miljarder år sedan.

10 Planeter runt andra stjärnor

Inte en enda planet utanför solsystemet var känd när rymdteleskopet började observationerna 1993. Först 1995 upptäcktes den första planeten som kretsade runt en solliknande stjärna. Numera finns en lista på över 2 200 sådana exoplaneter. Astronomerna uppskattar att det i snitt finns minst en planet i bana runt varje stjärna i Vintergatan – flera miljarder exoplaneter finns alltså där ute. De allra flesta av dem upptäcktes av andra teleskop. Men Hubbleteleskopet bidrog till att några av planeternas atmosfärer kunde studeras. Genom att följa hur stjärnans ljus förändrades när det passerade planetens atmosfär, kunde syre, väte, kol och andra gaser upptäckas i gasskikten runt planeterna.

2200 exoplaneter har  astronomerna upptäckt hittills.