Radioastronomins universum

Radioteleskopen som Onsala rymdobservatorium erbjuder astronomer från Sverige och andra länder kan användas för en mängd olika typer av forskning om universum - om allt från kometer i solsystemet till universums ursprung. Här ger vi exempel på radioastronomisk forskning. Mer om forskningen med observatoriet kan du läsa i vår broschyr om Onsala rymdobservatorium, och ännu mer om universum i boken Populärt om astronomi. Men först en snabbkurs om universum!

Universum - här bor vi!

Vi bor på jorden, som tillsammans med sju andra planeter rör sig runt solen. Det tycks vara ganska vanligt med planeter av något slag runt stjärnor. Vår sol är en vanlig typ av stjärna, bland några hundra miljarder andra, som tillsammans bildar ett diskusformat system, Vintergatan, 100 000 ljusår i diameter. Solen befinner sig långt ut mot skivans kant. Hela det jättelika stjärnsystemet Vintergatan roterar kring sitt centrum. För solen tar det ungefär 250 miljoner år att färdas ett varv. Ett stjärnsystem, som det solen tillhör, kallas en galax och kan ha en form som varierar från avplattad till helt sfärisk. De avplattade systemen har ofta stjärnorna koncentrerade till spiralarmar och kallas då spiralgalaxer. I universum finns, förutom Vintergatan, många miljarder andra galaxer. De närmaste finns på mindre än en miljon ljusårs avstånd, medan andra ligger många miljarder ljusår bort. Alla avlägsna galaxer rör sig ifrån oss med en hastighet som är större ju längre bort de befinner sig: universum expanderar alltsedan det skapades i Big Bang för mer än 13 miljarder år sedan.

Atomer och molekyler i rymden

Rymden mellan stjärnorna är inte tom, utan där finns gas i form av stora tunna gasmoln, s.k. interstellär gas. Gasen består av ungefär 3/4 väte och 1/4 helium. Övriga grundämnen utgör högst några få procent, men är ändå betydelsefulla eftersom de t.ex. bildar molekyler och mikroskopiska stoftkorn. Den interstellära gasen finns i flera former: som molekylär gas, atomär gas och tunn, het koronagas. Gasen är i allmänhet mörk, kall och mycket tunn, med bara några få atomer eller molekyler per kubikcentimeter. Det är mycket mindre än det bästa vakuum skapat i laboratorier här på jorden.

I kalla molekylmoln har atomerna slagit sig samman och bildat molekyler. Kalla molekyler sänder inte ut något synligt ljus, men de kan sända ut radiostrålning. Mer än hundra olika sorters molekyler har identifierats av radioastronomer genom sina spektrer av radiostrålning.

En del molekylmoln är gigantiska och innehåller mer massa än en miljon solar. I sådana molekylmoln föds nya stjärnor. Att observera stjärnbildning är svårt, eftersom gasmolnen som stjärnorna föds i är fulla av stoftkorn, som skymmer sikten för optiska teleskop. Då kommer radioastronomin till undsättning – radiovågorna kan nämligen passera igenom
dammet.

Färgbilden visar ett 100 ljusår stort område i Vintergatans centrum, 26 000 ljusår från solen. Stora moln av gas och damm syns i blått (data från APEX-teleskopet), i övrigt syns mest stjärnor observerade i infrarött ljus. Spektret är från ett litet molekylmoln i centrum av bilden, ett par ljusår stort bara (data från teleskopet SEST, som inte längre används). Spektrallinjerna kommer bl.a. från metanol (CH3OH), kvävemonoxid (NO) och etylcyanid (C2H5CN). En av dem, markerad med U, har inte kunnat förknippas med någon molekyl. Figuren visar en liten del av det observerade spektret. Totalt upptäcktes ungefär 2 500 spektrallinjer med SEST. (Bild: ESO/APEX/2MASS/A. Eckart m.fl. Spektrum av A. Nummelin m.fl., Chalmers)

Stjärnors födelse och död

Stjärnor och planeter föds ur jättelika gasmoln i rymden. Ett enda sådant gasmoln kan innehålla gas som räcker till tusentals stjärnor. Tyngdkraften drar ihop gasen till täta klumpar, som hettas upp tills de blir så heta att kärnreaktioner startar i deras inre – stjärnor föds! Av resterna runt den nybildade stjärnan kan det bildas planeter.

När en stjärna inte längre har tillräckligt med kärnbränsle för att hålla igång sin energiproduktion på vanligt sätt, närmar sig slutet oundvikligen. Under sin dödskamp sväller stjärnan upp till en gigantisk röd jättestjärna, samtidigt som den förlorar mycket av sin massa. Hos de flesta stjärnor sker detta genom att stjärnans yttre delar gradvis kastas ut i rymden, men för riktigt tunga stjärnor kan det sluta med en dramatisk supernovaexplosion som spränger stjärnan i stycken. Kvar återstår sedan bara en död stjärnrest i form av en vit dvärg, en neutronstjärna eller ett svart hål.

Bilden visar ett ovanligt vackert exempel på en gammal röd jättestjärna, R Sculptoris, som kastar av sig sitt yttre hölje. Den bygger på observationer med radioteleskopet ALMA av ett forskarlag med bl.a. astronomer från Chalmers och Onsala rymdobservatorium. Den underliga spiralformen skapades troligen av en hittills okänd stjärna som kretsar kring den röda jättestjärnan. (Bild: ALMA(ESO/NAOJ/NRAO))

Galaxer och svarta hål

Galaxerna är gigantiska stjärnsystem, som var och en kan innehålla flera hundra miljarder stjärnor och dessutom gas- och stoftmoln och mörk materia, som vi inte vet vad den består av. Att kartlägga vår egen galax, Vintergatan, är svårt eftersom vi inte kan se den utifrån. Men bl.a. radioastronomiska observationer har visat at tden är en spiralgalax, en skivgalax med ett vackert mönster av spiralarmar.

Galaxer ligger ganska nära varandra, och när de far runt i rymden kommer de ibland på kollisionskurs med varandra. Galaxkollisioner är inga ögonblicksverk, utan de pågår i många miljoner år. Det händer ingenting med stjärnorna i de kolliderande galaxerna, men galaxernas utseenden kan ändras rejält och kollisioner mellan gasmoln kan göra att nya stjärnor bildas i en rasande takt.

I centrum av en del galaxer pågår dramatisk aktivitet, som kan yttra sig genom att oerhörda mängder strålning sänds ut från ett mycket litet område. Energikällan som driver dessa aktiva galaxkärnor, t.ex. kvasarer, tror många astronomer är supertunga svarta hål. När gas faller in mot det svarta hålet (man talar om att "mata monstret"), cirklar den först runt i en ansamlingsskiva, där den hettas upp och sänder ut intensiv strålning innan den faller ned i det svarta hålet. Ibland bildas också jetstrålar av het gas.

Vänster: Galaxen Messier 51 är en spiralgalax (liksom Vintergatan) som nästan krockar med en liten granngalax (uppe till vänster). Radiokartan bygger på observationer av kolmonoxid (CO) med 20 m-teleskopet i Onsala, och visar att den kalla molekylgasen finns i spiralarmarna.
Höger: Kvasaren 3C380, centrum av en galax flera miljarder ljusår bort. Genom att jämföra bilder från olika år kan man se rörelser och förändringar: gasen som kastas iväg uppåt höger i bilden rör sig med nästan ljusets hastighet. Bilden är framställd m.h.a. VLBI-teknik vid Onsala Rymdobservatorium.

Publicerad: ti 14 okt 2014. Ändrad: to 16 okt 2014