#94: Astronomiska Nobelpris

Av Bengt Gustafsson

Astronomin var under 1900-talet en de oväntade upptäckternas vetenskap. I synnerhet gäller detta den nya gren av astronomin som utvecklades under 1800-talets andra hälft: astrofysiken. När Nobelpriset enligt donators testamente skulle ges till “den som inom fysikens område har gjort den vigtigaste upptäckt eller uppfinning”, blev en fråga för Vetenskapsakademin och dess Nobelkommitté för fysik, som fick i uppdrag att dela ut priset, om också upptäckter inom astrofysiken skulle belönas. Priset gavs (och ges) på basis av nomineringar från det internationella forskarsamhället, och bland de inkomna nomineringarna fram till 1966 märks drygt 13 procent astrofysikaliska insatser.

Nobelmedaljen. Foto: Kungl. Vetenskapsakademien.

Ett viktigt beslut togs av kommittén 1923 när solfysikerna Henri Deslandres och George E. Hale hade fått flera nomineringar. I kommittén argumenterade de ledande fysikerna för att man skulle begränsa priset till mer strikt fysik och det gavs istället till Robert A. Millikan för hans arbeten om elektronladdningen och den fotoelektriska effekten. Ett huvudargument för denna avgränsning tycks då ha varit, att eftersom så stor del av astronomin nu blivit astrofysik, och astronomin som sådan inte var ett prisområde, så skulle inte heller astrofysiken belönas.

Och så förblev det under de följande decennierna, trots talrika nomineringar för solfysiker som Bernard Lyot, den teoretiska astrofysikern Arthur Eddington, kosmologerna Edwin Hubble och Georges Lemaître, kärnfysikern och kosmologen George Gamow, stjärnspektroskopisterna Meghnad Saha och Henry Norris Russell, radioastronomerna Grote Reber, Karl Jansky och Bernard Lovell, vintergatsastronomerna Jan Oort och Hendrik van de Hulst. (Ett undantag var när Victor Hess fick priset för upptäckten av kosmisk partikelstrålning 1936.) Avgränsningen bröts till slut när kärnfysikern Hans Bethe belönades 1967 för sina bidrag tre decennier tidigare till teorin för kärnreaktioner i stjärnornas  energiproduktion. Hannes Alfvén fick priset 1970 för magnetohydrodynamiken, men utan att dess astrofysikaliska tillämpningar apostroferades särskilt. När priset 1974 delades mellan radioastronomerna Martin Ryle för apertursyntesen och Anthony Hewish för upptäckten av pulsarerna, blev det dock klart att astrofysiken nu till slut betraktades som ett viktigt område av fysiken.

Gustav VI Adolf lämnar över Nobelpriset i fysik till Hannes Alfvén 1970. Foto: Kungl. Tekniska högskolan.

Sedan följde astrofysikaliska Nobelpris minst vart decennium (se tabell nedan). Den storartade upptäckten av den kosmiska mikrovågsbakgrunden 1965 ledde till priset 1978, teorin för stjärnornas uppbyggnad och utveckling och grundämnesproduktionen i universum belönades 1983. Tio år senare prisades upptäckten av dubbelpulsaren som indirekt verifierade existensen av gravitationsvågor. 2002 års pris gick till neutrinoastronomiska framsteg och upptäckter inom röntgenastronomin. Bestämningen av den kosmiska bakgrundsstålningens frekvensfördelning och dess avvikelse från isotropi ledde till 2006 års pris. Fem år senare gällde priset upptäckten med hjälp av avlägsna supernovor av universums acceleration. År 2017 var det dags att belöna den direkta upptäckten på gravitationsvågor vid LIGO åren dessförinnan. Och nyligen gavs priset för teorierna för det unga universum och upptäckten av den första exoplaneten i bana kring en solliknande stjärna.

Några ting bör noteras när man ser denna rad av lysande upptäckter:

(1) En övervägande andel av pristagarna har en bakgrund som fysiker, snarare än astronomer. Vad jag vet är det bara Chandrasekhar, Riess, Schmidt, Mayor och Queloz som har tillbringat större delen av sina karriärer på astronominstitutioner.

(2) Endast två priser har rent teoretisk karaktär (Chandrasekhar och Peebles), medan sex av dem gäller upptäckter som åtminstone för upptäckarna själva var helt oväntade. Detta illustrerar i hur hög grad astrofysiken (mer än övrig fysik) under det senaste decenniet varit “upptäcktsdriven”.

(3) Flera av priserna har ifrågasatts bland astronomerna. Det gäller priset till Hewish som borde ha delats med hans dåvarande student Jocelyn Bell, den verkliga upptäckaren av pulsarerna. Också det pris som gavs till Fowler borde,  även enligt bland andra Fowler själv, ha delats med Fred Hoyle. En orsak till dessa misstag, som den ledande engelske astronomen Martin Rees påpekat, skulle kunna vara bristande astronomisk kompetens inom Nobelkommittén för fysik. Under senare år har man sökt motverka bristen genom att astrofysiker knutits till kommittén.

Jocelyn Bell tillhör en av dem som borde ha fått Nobelpriset och då för sin upptäckt av pulsarerna. Istället gick det till hennes handledare Antony Hewish. Foto: Daily Herald Archive.

(4) Under nittonhundratalets tre sista årtionden har alltså astrofysiken upptagits ibland de prisvärda områdena i fysiken.  Men en rad för astrofysiken avgörande uppfinningar eller upptäckter har ännu inte belönats. Det hör till exempel uppfinningen av aktiv och adaptiv optik som kraftigt förbättrat skärpan i optiska observationer från marken och möjliggjort mycket stora teleskop, upptäckter inom gamma-astronomin, upptäckter inom det interstellära mediets fysik inklusive stjärnbildning, fundamentala resultat vad gäller galaxernas utveckling, och så vidare. Ett område för sig är gravitationsteori inklusive dess förutsägelser om svarta hål, som mer än hundra år efter Einsteins allmänna relativitetsteori står obelönat trots slående empiriska verifikationer (se priserna 1993 och 2017).  

* * *

#86: Knut Lundmark

Av Johan Kärnfelt

Under sin postdocvistelse vid Mount Wilson-observatoriet i USA vid början av 1920-talet hade Knut Lundmark tillgång till det berömda Hooker-teleskopet som med sin 2,5-meterspegel var tidens största teleskop. Teleskoptiden var dyrbar och måste användas så effektivt som möjligt för att göra de observationer som krävdes för hans forskning och i förlängningen för hans vidare meritering. Trots detta tog han sig en natt tid till att försöka fotografera en sydlig stjärnhop som August Strindberg tidigare snöat in på. Han var tvungen att köra ner det gigantiska teleskopet ända till horisonten, för att få in NGC 6192 i sökaren, och detta för att avgöra om det kors, som John Herschel en gång tyckte sig ha sett, och som Strindberg menat var ett tecken från gud, fanns på riktigt. Dessvärre stod stjärnhopen för lågt och var därmed bortom räckhåll för teleskopet. (Mer om denna historia på Cassiopeia-bloggen.)

Skissen som Strindberg sett en kopia av återfinns i John Herschels Results of astronomical observations made during the years 1834, 5, 6, 7, 8, at the Cape of Good Hope (1847, plansch V). Som framgår tyckte sig Herschel se ett kors inskrivet i en cirkel.

Episoden är typisk för det rastlösa sinne som var Lundmarks. Under hela hans karriär, från studentåren i Uppsala till professuren i Lund, var han febrilt sysselsatt med så mycket annat än det egentliga forskningsarbetet: han var Strindbergfantast, skrev en biografi om honom och var med och startade Strindbergsällskapet; han var en populärvetenskaplig gigant och skrev ett oöverskådligt antal artiklar, essäer och böcker där han förmedlade de astronomiska landvinningarna till de fåkunniga; han åkte på långa föreläsningsturnéer, pratade återkommande i radio och startade diverse sällskap och föreningar. Dessutom levererade han ett bidrag till en tävling om bästa filmmanus där han försökte skildra Tycho Brahes och Giordano Brunos tid. Och mycket, mycket annat. Men vid sidan av vad som tycks vara ett heltidsarbete, var han också en framgångsrik forskare, i den svenska traditionen en av de internationellt mest framträdande. Hur hans tid räckte till är en gåta.

Knut Lundmark. Foto: knutlundmark.se.

Som forskare var det främst frågan om spiralnebulosornas status som intresserade honom. Var de som majoriteten av världens forskare vid början av seklet tänkte sig lokala objekt i det enda stjärnsystem som utgjorde universum, eller var de avlägsna stjärnsystem och i samma storleksordning som vår egen Vintergata (galaxer som vi säger idag)? Lundmark satsade tid och prestige på den senare positionen, vilket med tiden också skulle visa sig vara ett klokt val. Redan i sin doktorsavhandling från 1920 argumenterade han för att Andromeda-nebulosan (M31) låg långt utanför Vintergatan, något som Edwin Hubble senare kunde slå fast med hjälp av nämnda Hooker-teleskop. Några år senare kunde ha visa, låt vara på rätt svajiga grunder, att spiralnebulosorna tycktes avlägsna sig från oss, vilket han tolkade i relation till idéer om universums expansion. Även här skulle Hubble, återigen med hjälp av Hooker-teleskopet, bli det som en gång för alla slog fast universums expansion. Ytterligare några år senare, och efter vistelsen på Mount Wilson, skrev han en avgörande artikel som tog strid med Adriaan van Maanens forskning som entydigt tycktes visa att spiralnebulosorna var lokala objekt, något som Lundmark nu kunde avvisa.

1924, fem år innan Hubble publicerade sitt berömda diagram som visar på universums expansion, publicerade Lundmark en egen variant. Han tyckte sig då se att spiralnebulosornas radialhastigheter ökar med avståndet, men osäkerheter i material och metod gjorde hans slutsats mer beskedlig: ”Plotting the radial velocity against these relative distances […], we find that there may be a relation between the two quantities, although not a very definite one.”

Det var detta arbete vid den internationella forskningsfronten som tillslut, och efter ett rätt brutalt överklagande, landade honom professuren i Lund. Som statlig ämbetsman skulle han med tiden tappa taget om forskningen; administration, undervisning och handledning tog förstås mycket tid, men så gjorde också hans allt mer utåtriktade verksamhet. Idag är han lika mycket ihågkommen som den banbrytande forskare han en gång var som den kulturpersonlighet han med tiden blev. För svensken i allmänhet var han utan tvekan den mest kände och uppskattade av alla naturforskare i sin generation.

#22: Kosmologin 1919-2019

Av Jesper Sollerman

Svenska astronomiska sällskapet firar 100 år, och man kan passa på att fråga sig vad som hänt med vårt vetande om kosmologin – läran om universum i det stora hela – under denna epok. En hel del, får man nog säga.

I början av 1900-talet var astronomer ense om att universum bara består av ett enda stjärnsystem, Vintergatan. På bilden syns ett Vintergatspanorama som Knut Lundmark lät makarna Tatjana och Martin Kesküla förfärdiga på 50-talet. Målningen, vars yttermått är 229 x 118 cm, hänger idag på Institutionen för astronomi och teoretisk fysik i Lund. Foto: Institutionen för astronomi och teoretisk fysik, Lunds universitet.

År 1919, när sällskapet bildades, låg visserligen den allmänna relativitetsteorin färdig. Den utgör grunden för den moderna kosmologin. Det var ju också just år 1919 som relativitetsteorin bekräftades under en solförmörkelseexpedition och Einstein blev fysikens superkändis. Einsteins universum vid den tiden var dock begränsat till en statisk Vintergata, och en tegelsten till lärobok som Östen Bergstrands Astronomi från 1926 hade inte många meningar till övers för vad vi idag skulle kalla kosmologi. Detta förändrades såklart när Edwin Hubble, svenske Knut Lundmark och andra insåg att spiralnebulosorna i själva verket var avlägsna galaxer som dessutom avlägsnar sig från oss. Big bang-modellen var född. Teorin hade emellertid mothugg av Steady state-förespråkarna, som istället för en stor ursmäll tänkte sig kontinuerlig skapelse av en proton åt gången, långt in på 1960-talet. Upptäckten av den kosmiska bakgrundsstrålningen år 1965 var dödsstöten för Steady state – och startpunkten för modern observationell kosmologi. Universum hade alltså ändrats från en ändlig, evig Vintergata till ett dynamiskt oändligt universum med ett startögonblick.

Under 1970- och 80-talet dominerades diskussionen bland observationellt inriktade kosmologer av jakten på det exakta värdet på Hubble-konstanten – vilken bestämmer expansionshastigheten — något som historikerna i framtiden kanske kommer se som lite av en kvasidebatt. Svenska fysiker som Hannes Alfvén och Oskar Klein lade fram idéer om universum i det stora hela, men bland de svenska astronomerna var kosmologin ännu inte ett särskilt hett ämne. Även internationellt började det röra på sig först när fysiker och astronomer tillsammans började fundera på universums första tid, när den heta kosmiska ursoppan liknade ett stort partikelfysikexperiment.

Observationell kosmologi fick sedan raketfart under början av 1990-talet när supernovaexperiment, bakgrundstrålningssatelliter och genommönstringar av universums storskaliga struktur kunde genomföras efter stora teknologiska landvinningar. Precisions-kosmologin etablerade nu kosmologin som en del av den astronomiska vetenskapen – långt från en mer spekulativ verksamhet.

Hubble-teleskopets Extreme Deep Field. Bilden visar ett område stort som fullmånen i stjärnbilden Fornax, Ugnen. Med något undantag är alla lysande fläckarna på bilden mycket avlägsna galaxer. Bild: Wikimedia Commons.

År 2019 är kosmologin hetare än någonsin. Vid Oskar Klein-centret i Stockholm är kosmologin sedan 10 år tillbaka det sammanhängande temat för flera stora forskargrupper inom fysik och astronomi, och vid alla svenska astronomiinstitutioner bedrivs nu forskning med kosmologin som fond. De senare årens etablerade kosmologiska världsbild, dominerad av mörk energi och mörk materia, lämnar dock många frågetecken till framtida forskning, och mycket av forskningsfronten i dagens kosmologi handlar om ämnen som kaotisk inflation, multiversum, och parallella världar. Kanske lever den mer spekulativa sidan av kosmologin fortfarande.