Nobelpris för upptäckter om universum
Nobelpriset i fysik 2019 delas mellan teoretisk kosmologi och en banbrytande planetupptäckt.
Bild: Copyright © Nobel Media 2019. Illustration: Niklas Elmehed
Vad består universum av? Och finns det andra planetsystem som det vi lever i? Sådana frågor kittlar de flestas fantasi och förundran, och de är huvudfrågorna bakom årets Nobelpris i fysik.
Fem sätt att upptäcka exoplaneter
De allra flesta planeter forskarna har hittat utanför solsystemet har upptäckts med två metoder: radialhastighetsmetoden och passagemetoden. Dessutom finns det några fler sökmetoder som kompletterar dem.
Radialhastighetsmetoden
Vi brukar säga att en planet kretsar kring sin stjärna, men i själva verket är hela systemet i omloppsbana kring sin gemensamma tyngdpunkt. Det betyder att stjärnan får en vickande rörelse, ömsom mot oss och ömsom från oss. Det får till effekt att ljuset från stjärnan omväxlande trycks ihop och blir lite blåare, eller dras ut och blir lite rödare. Den allra första exoplaneten kring en vanlig stjärna (till skillnad från en pulsar) upptäcktes med den här metoden.
Passagemetoden
När en planet passerar framför en stjärna blockerar den lite av stjärnans ljus. Variationen i ljusstyrkan avslöjar planeten.
Astrometri
Om stjärnan inte är alltför långt bort i universum kan rörelsen som används i radialhastighetsmetoden också mätas upp som en faktisk rörelse på himlen. För att kunna se att stjärnans läge på himlen varierar på grund av en (eller flera) planeter behövs extremt känsliga teleskop med hög upplösning.
Gravitationslinser
En kropp med massa böjer ljusets väg omkring sig, och är kroppen tillräckligt tung kan den fungera som en lins som fokuserar ljuset så att det förstärks på ett mätbart sätt. Om en stjärna passerar mellan oss och en annan stjärna kan den fungera som en liten gravitationslins, och förstärka stjärnan bakom. Har den bortre stjärnan en planet kan den också synas som en variation i ljuskurvan.
Direkt avbildning
Det är svårt att avbilda en avlägsen planet med ett teleskop, eftersom dess stjärna alltid är mycket mer ljusstark och gör att det blir svårt att urskilja planeten. Numera finns det instrument som kan blockera stjärnans ljus så att det går att ta ett fotografi av planeten.
Källa: Broschyren Sizing and first characterization of exoplanets från satellitprojektet Cheops.
Kosmologi, läran om universums uppbyggnad och utveckling, var länge ett område av vaga idéer och gissningar. Från 1980-talet och framåt har det kommit precisionsmätningar som förbättras allt mer, och kosmologin har blivit en rumsren observationell vetenskap. Forskarna kan nu sätta siffror på universums ålder, och på dess innehåll av materia och de övriga formerna av energi som vi numera kallar mörk materia och mörk energi. Men långt innan mätningarna började komma på plats hade James Peebles lagt den teoretiska grunden, och för det tilldelas han hälften av årets Nobelpris i fysik.
– Han hade rett ut vad man skulle mäta, och vad man skulle lära sig av det, förklarar Ariel Goobar som är professor vid Stockholms universitet och forskar om kosmologi.
Räknade på universums beståndsdelar
James Peebles var bland annat först med att räkna på hur mycket av de olika lätta grundämnena som borde ha bildats i big bang. Det gjorde han redan på 1960-talet. Han beräknade också vad som borde gå att lära sig av den kosmiska bakgrundsstrålningen, det kvarvarande ljuset från universums barndom. (Se Nobelpriset i fysik 2006).
Senare arbetade han med hur den mörka materian borde fungera om den består av något som rör sig betydligt långsammare än ljusets hastighet. James Peebles återinförde också en parameter som Albert Einstein hade introducerat i sina ekvationer och senare förkastat, den så kallade kosmologiska konstanten Λ (lambda). Båda delarna är nu grundpelare i ”konkordansmodellen”, den nuvarande läroboksmodellen för världsalltets uppbyggnad med ”kall” mörk materia – som rör sig långsamt, och som drar materia till sig – och mörk energi som får expansionen att accelerera och som beskrivs med den kosmologiska konstanten.
Främmande planeter
Den andra halvan av årets Nobelpris i fysik delas av Michel Mayor och Didier Queloz, som blev först med att upptäcka en planet i omloppsbana kring en stjärna av normal typ. (Några år tidigare hade planeter hittats kring en pulsar.) Planeten var stor, i stil med Jupiter, men kretsade så nära sin planet att omloppstiden bara var fyra jorddagar. Ingen hade trott att en sådan planet skulle kunna existera. Det här blev startskottet för en intensiv jakt på planeter utanför solsystemet, och en lång rad upptäckter av planetsystem som är mycket olika vårt eget.
Eller som James Peebles svarade på en fråga vid presskonferensen när Nobelpriset tillkännagavs:
– Vi hade en ganska bra idé om hur planeter bildades, fram tills den första planeten hittades.
Planeter utanför solsystemet kallas exoplaneter. Läs om dagens och framtidens forskning om exoplaneter i det kommande numret av Forskning & Framsteg.
Kunskap baserad på vetenskap
Prenumerera på Forskning & Framsteg!
Inlogg på fof.se • Tidning • Arkiv med tidigare nummer
