Enligt en hypotes som astrofysikern Bengt Gustafsson jobbat med är M67 en tänkbar tillblivelseplats för solen. Foto: NASA
Tack vare genombrott inom teleskop- och spektrometerteknologin och ett gediget forskningsarbete har professor Bengt Gustafssons forskargrupp kunnat göra spektralanalyser av stjärnor av soltyp med en större noggrannhet än någon gjort tidigare. Detta har gett nya ledtrådar i arbetet med att försöka spåra solens uppkomst och kanske också dess tillblivelseplats.
Text: Marcus Prest
När man inom naturvetenskaperna kan göra en sak bättre än tidigare innebär det ofta att man får reda på inte bara en, utan många nya saker. Effekten av mera detaljerad och precis information gör att forskarna får fler pusselbitar att arbeta med i det väldiga pussel som man försöker lägga om universums tillblivelse.
Bengt Gustafsson, professor i astrofysik vid Uppsala universitet har sedan barndomen varit intresserad av stjärnor. Studiet av stjärnor är också det han ägnat hela sitt yrkesverksamma liv åt.
– Mitt amatörastronomiska intresse gör att jag kan peka på stjärnor och konstellationer i natthimlen. Det finns en kulturell och kartografisk aspekt i att kunna göra sådant, men den aspekten har ganska lite att göra med mitt forskningsområde. De flesta av mina kollegor kan inte peka ut stjärnbilderna.
Astronomi är ett område inom vetenskapen som utvecklats parallellt med optik-, sensor- och datorteknologin. Större känslighet i instrumenten ger tillgång till mer och exaktare data och större förmåga att processa stora mängder data ger upphov till komplex av ny information, som ibland förstärker eller skakar om gamla hypoteser. Ibland leder ny information till att gamla hypoteser måste förkastas.
Med nya teleskop och spektrometrar har Gustafssons forskargrupp kunnat göra en noggrann studie av stjärnor av solens typ. Spektrometer är ett optiskt instrument som används för att spjälka upp ljuset i dess olika spektra för att analysera vilka våglängder det innehåller. Genom att analysera vilka våglängderna en stjärna strålar kan man bestämma vilka ämnen stjärnan innehåller.
– Vi kunde nu bestämma stjärnornas grundämneskomposition med tre procents noggrannhet.
Bengt Gustafsson är professor i astrofysik vid Uppsala universitet. Han är specialist i stjärnornas fysik med inriktning på stjärnornas tillblivelse och galaxernas uppkomst. Han har även publicerat artiklar om forskningsetik, vetenskapens effekter och effekten av en vetenskaplig världsbild på kultur och samhälle i stort. Foto: Otto Väätäinen.
Med den nya mera detaljerade informationen om stjärnornas sammansättning i jämförelse med solen har Gustafssons forskargrupp vänt sig till en katalog med över 100.000 stjärnor. Den etablerades med den astrometriska satelliten Hipparcos för att plocka ut stjärnor med egenskaper som påminner om solens.
– Vi tog de tio stjärnor som ligger närmast solen i ålder och massa, samma spektraltyp, och som är inne i samma utvecklingsstadium. När vi tittade på dessa tio stjärnor fann vi att alla utom en avvek från solen. Solen visade sig ha mer kol, kväve, syre, svavel, fosfor och mindre aluminium, järn, och nickel än de andra stjärnorna i gruppen.
– Det här är förbluffande. Tidigare har vi trott att solen skulle vara mer eller mindre identisk med dessa tio andra stjärnor. Nu visar det sig att den inte alls är det.
De ämnen solen har mindre av är ämnen som koncentreras i våra planeter, särskilt i vårt inre planetsystem, det vill säga Merkurius, Venus, jorden och Mars. De ämnen som solen har ovanligt mycket av är sådana ämnen som inte så lätt kondenseras till stoft, småsten och större stenplaneter. Man har tidigare kallat dessa ämnen biogena ämnen eftersom man antar att dessa ämnen utgör grundelement i förutsättningen för att liv ska uppstå. Solen visar sig ha 20 procent mer av dessa än andra motsvarande stjärnor.
– Frågan är: vad betyder det? Spelar dessa 20 procent någon roll? Det här blir intressant då man beräknar vilka mängder av dessa ämnen som finns i vårt inre planetsystem. Det man kommer fram till är att om man dumpar Merkurius, Venus, jorden och Mars i solen kommer solen att få samma sammansättning som de tio andra stjärnorna.
Solen med jorden högst uppe i skala. Ett sätt för solens att få samma grundämneskomposition som andra stjärnor av samma klass är att den sväljer det inre systemet. Foto: NASA
En tänkbar hypotes är att stjärnor sällan bildar jordliknande planeter. En annan hypotes är att stjärnornas gravitation vanligtvis fångar upp sina metallrika inre planeter så att de faller in i stjärnan. Därför innehåller dessa stjärnor mera aluminium, järn, nickel och så vidare. Och om allt detta stämmer betyder det att det inre planetsystemet, det vill säga planeter som Merkurius, Venus, jorden och Mars är ett sällsynt fenomen – vilket å sin sida betyder att förutsättningarna för liv i universum är betydligt mera sällsynta än man tidigare trott.
– En annan fråga som uppstår: var kan solen ha uppstått om dess kvalitet är så sällsynt? Var ska man börja leta? För den oinitierade bör påpekas att solen inte kan ha uppstått där den nu finns. Här finns inte en sådan miljö, det vill säga, inga gasmoln, inte en tillräcklig stjärntäthet och så vidare.
När Gustafsson var ung amatörastronom var han intresserad av en stjärnhop i Kräftans bild, nämligen Messier 67, eller M67. M67 visade sig vara en bra kandidat att undersöka för att hitta en möjlig tillblivelseplats för solen eftersom M67 finns relativt nära, det vill säga tusen ljusår ovanför Vintergatan och tvåtusen ljusår bort. Messier 67 har dessutom solens ålder. Frågan som Gustafssons forskningsgrupp ställde sig var om det kan finnas soltvillingar där.
– Man måste ha tillgång till världens största teleskop och spektrometer för att kunna studera ett objekt på det avståndet. Tillsammans med doktoranden Anna Önehag och docenten Andreas Korn gjorde vi en ansökan om att få använda Very Large Telescope i Chile (se nästa uppslag) för att titta på M67. Vår ansökan gick igenom.
Gustafssons grupp koncentrerade sig den på stjärna i M67-hopen vars massa är närmast solens. Det visade sig vara ett bra val.
– Ok. Då hade vi en möjlig soltvilling i M67. Frågan är om solen kan ha uppstått så långt borta? Och hur kom den därifrån till den plats den nu befinner sig på?
Senare undersökte gruppen ytterligare tolv stjärnor i hopen. Det visade sig att de alla hade en sammansättning som påminde mycket om solens, mer än någon av alla stjärnorna i solens nuvarande omgivning som man tidigare studerat.
En hypotes är att strålningstrycket från de unga blåa stjärnorna som stjärnhopen haft i början trycker bort stoft. Hopen har innehållit 30.000 stjärnor från början. Numera innehåller den 3.000 stjärnor – alltså har nio av tio stjärnor i hopen flyttats någon annanstans.
Tittar man på solens grundämneskomposition ser man att den innehåller föroreningar som tyder på att det funnits en supernova i närheten av solen när den bildades. Det är ytterligare ett skäl till att det är noll sannolikhet att solen uppstått där den är nu. Det tyder på att solen är född i en rik stjärnmiljö, likt den i M67 där chansen är större att en av de sällsynta supernovorna flammat upp. Men är solens födelseplats verkligen Messier 67?
– Det finns det ett stort men. Det är: om solen sparkades ut från stjärnhopen kan den ha haft svårt att behålla sitt planetsystem, solens gravitation skulle inte ha fortsatt att behålla planeterna i ett kretslopp runt sig om den fått en sådan spark av en hopstjärna som strukit förbi. Är slutsatsen då att solen inte föddes i Messier 67?
– Vi tror fortfarande att det finns en möjlighet att solen föddes i M67. Men i varje fall tyder det mesta på att solen föddes i en ganska rik stjärnhop. Och det är också troligen så att solens sammansättning innehåller information om hur planeterna bildades, och hur vanliga planetsystem av just solsystemets typ är.
• Bengt Gustafsson besökte Åbo under Aboagora i augusti.