#43: Aina Elvius upptäcker polariserat ljus från galaxer

Aina Elvius som gick bort den 23 maj i år vid en ålder av 101 år var Sveriges första kvinnliga professor i astronomi och Svenska astronomiska sällskapets ordförande 1986-1990. Under 40 år (1951-1991) var hon yrkesverksam, främst inom området polarimetri av galaxer och aktiva galaxkärnor. I detta inlägg berättas om bakgrunden till Elvius forskningsområde, liksom om hennes insatser.

Av Göran Östlin

Ljus från himlakroppar och andra källor, karakteriseras av dess intensitet, våglängd och polarisation. De första två egenskaperna är tämligen välkända, ljus kan vara olika starkt och ha olika färg, medan ljusets polarisation inte är lika uppenbar. Vad är då polarisation? Det ljus vi kan se från en källa är en elektromagnetisk vågrörelse som färdas mot oss, och som beskrivs av dess frekvens (antal svängningar per sekund) och våglängd (avståndet mellan två vågtoppar). Men ljuset svänger även i riktningen vinkelrätt mot färdlinjen. Oftast är dessa svängningar slumpmässiga, men om dessa svängningar sker företrädesvis i en speciell riktning sägs ljuset vara polariserat.

Aina Elvius vid stora refraktorn på Stockholms observatorium i Saltsjöbaden 1950. Tuben som hon monterar på teleskopet är den polarigraf som hon använde för sin forskning och som nämns i texten. Foto: Dagens Nyheter/ TT.

Vissa optiska material släpper igenom ljus med företrädesvis en polarisationsriktning. Genom att infoga en sådan komponent i strålgången i ett optiskt teleskop, och genom att rotera denna komponent mellan successiva observationer kan man mäta vilken andel av det ljus man ser från en himlakropp som är polariserat.  Under tidigt 1900-tal gjordes polarimetriska observationer av ett fåtal galaxer, utan att ge några tydliga resultat. År 1936 upptäcktes att reflektionsnebulosor (ett exempel omger den unga stjärnhopen Plejaderna) uppvisade polariserat ljus. Den svenska astronomen Yngve Öhman konstruerade en ’polarigraf’  med vilken man kunde mäta polarisationen hos himlakroppar. Ett av de första studieobjekten var Andromedagalaxen (M31), och 1942 hittade Öhman polarisation i några av de stoftstråk som syns i galaxens skiva. År 1949 publicerades observationer (av Hall och Hiltner) som påvisade polarisation i ljuset från stjärnor i Vintergatan och 1951 fick dessa observationer sin teoretiska förklaring (av Davies och Greenstein) i form av icke-sfäriska stoftkorn i det interstellära mediet, vilka upplinjerar sig med det lokala magnetfältet i Vintergatan, med följd att ljus av olika polarisation absorberas olika mycket. Ljus kan även polariseras när det reflekteras.

Stjärnhopen Plejaderna med omgivande reflektionsnebulosor. Ljuset från de unga stjärnorna polariseras av stoftkort i nebulosorna, vilket anges av strecken i bilden. Foto: Aina Elvius, “Mitt liv bland galaxer”, Astronomisk tidskrift, nr 3, 1990.

År 1948 påbörjade Aina Elvius sina polarimetriska studier av galaxer med hjälp av Öhmans polarigraf, och redan 1951 publicerade hon sin första studie av polarisation i spiralgalaxen M63. Hon blev senare inbjuden av John Scotville Hall att arbeta vid Lowell-observatoriet i Arizona, USA, där hon gjorde en mängd observationer av polarisationen av ljus från galaxer och från nebulosor i Vintergatan. Hon föreslog bland annat att polarisationen som observerades i en annan spiralgalax, NGC 7331, kunde förklaras av Davies och Greensteins teori – vid den tiden rådde ingen konsensus om hur man skulle tolka resultaten av polarisationsmätningar från galaxer. Parallellt med optiska studier utvecklades radioastronomin starkt och etablerade synen på polarisation av radiovågor som en konsekvens av snabba elektroner som rör sig i magnetiska fält (den så kallade synkrotronprocessen, Alfvén & Herlofsson, 1950).

Bildmontage av Centaurus A som visar strålar av kall (orange) och het (blått) gas som skickas ut från det svarta hålet i galaxens centrum, tillsammans med synligt ljus som visar galaxens form och det kraftiga stoftstråket. Foto: ESO/WFI (Optiskt); MPIfR/ESO/APEX/A.Weiss et al. (Submillimeter); NASA/CXC/CfA/R.Kraft et al. (Röntgen).

Aina Elvius gjorde tillsammans med John Hall mätningar av polarisationen i synligt ljus från flera andra galaxer, och fann 1964 stark polarisation bland annat i de oregelbundna galaxerna M82 och Centaurus A (NGC 5128). Den senare kännetecknas av en rund form med ett brett mörkt band som sträcker över hela den optiska skivan och den hyser ett gigantiskt svart hål i sitt centrum, varifrån strålar av gas skickas ut (ungefär vinkelrätt mot det kraftiga stoftstråket) vilka kan observeras i radioområdet, men det visste man inte då (se figur). Att radiostrålningen från Centaurus A var polariserad på grund av synkrotronprocessen hade då nyligen upptäckts, men det var inte förrän senare och med hjälp av radiointerferometri som man kunde observera jetstrålarna och deras riktning och därför var det först överraskande att polarisationsriktningen mellan radio och synligt ljus skilde sig åt. Aina fann några år senare polarisation också från ’kvasi-stellära’ radio källor (kvasarer), och under mer än tre decennier var hon en pionjär inom studiet av polarisation av synligt ljus från galaxer, aktiva galaxkärnor och nebulosor i Vintergatan.

De vita och svarta strecken visar riktningen och styrkan (längden på strecken) av optisk polarisation i Centaurus A. Foto: Aina Elvius & John S. Hall 1964, Lowell Observatory Bulletin, 6, 123.

* * *

Aina Elvius berättade själv om sin astronomiska gärning i en längre artikel i Astronomisk tidskrift från 1990. Artikeln finns att läsa här.

Lämna ett svar

E-postadressen publiceras inte. Obligatoriska fält är märkta *