Av Mark Pearce
Inom experimentell verksamhet är misslyckanden en viktig del av arbetsprocessen. Det är misslyckade försök tillsammans med efterföljande analys och åtgärder som ger upphov till nya insikter och, kanske så småningom, även nya genombrott. I labbet går det enkelt att åtgärda problem som uppstår, varpå en mätning kan återupprepas. När man arbetar med ett teleskop som utför mätningar på 40 kilometers höjd i stratosfären är situationen däremot en helt annan. Vi som ägnar oss åt röntgenastrofysik har helt enkelt inget val. Våra teleskop kan bara utföra observationer från hög höjd – till exempel i stratosfären, hängande under en ballong som befinner sig ovanför cirka 99,5 % av den luftmassa som annars skulle absorbera röntgenstrålningen.
Teleskopet i fråga, Polarized Gamma-ray Observer, eller förkortat PoGO+, lättade från marken för tre år sedan, den 12:e juli 2016. Eftersom nyttolasten med teleskopet väger lika mycket som en stadsjeep krävs en enorm heliumballong (Globenarenan skulle kunna rymmas inuti) för att ge tillräcklig lyftkraft. Och nu, det där med misslyckanden – detta var fjärde gången gillt för röntgenteleskopet, efter ballonghaveri 2011, dåligt väder 2012, samt tekniska problem med en dator 2013. Förväntningarna var höga – efter flera år av frustration var det hög tid för framgång och lyckade mätningar. Under den veckolånga ballongflygningen från rymdbasen Esrange till Victoriaön i Kanada fungerade allting precis som det skulle. Äntligen!
PoGO+ är den största och mest komplicerade ballongburna vetenskapliga nyttolast som någonsin tillverkats i Sverige. Kungliga tekniska högskolan stod för själva teleskopet, kringutrustningen och den vetenskapliga planeringen. Teleskopets peksystem utvecklades av DST Control – ett litet högteknologiskt företag i Linköping. Stockholms universitet tog fram en stjärnkikare för att bestämma var på himlen teleskopet pekade. Sist men inte minst stod Swedish Space Corporation (före detta Rymdbolaget) för allt annat som behövs för att släppa upp och flyga ballongen, samt för att återföra nyttolasten, som efter avslutad flygning landar på marken med hjälp av en fallskärm.
Teleskopet har utvecklats specifikt för att kunna mäta polarisationen hos röntgenstrålning från kompakta och ljusstarka himlakroppar såsom Krabbpulsaren samt Cygnus X-1, ett svart hål i ett dubbelsystem. Att mäta polarisation innebär att bestämma riktningen på det elektriska fältet hos den elektromagnetiska svängningsrörelse som utgör röntgenstrålningen. Detta är en ny teknik inom röntgenastronomin. Hittills har de flesta röntgenobservationerna gått ut på att ta fram bilder och mäta tidsvariationer och energispektrum. Med hjälp av dessa tre pusselbitar har vi lärt oss enormt mycket sedan år 1962, då Riccardo Giaconni med kollegor uppmätte den första röntgensignalen med härkomst utanför vårt solsystem. Polarisationen hos röntgenstrålningen från himlakroppar kan ge ny information genom att avslöja vilka förhållanden som råder i omgivningar där strålningen skapas. Sådana egenskaper kan oftast inte bestämmas med vanliga observationstekniker, då objekten är för avlägsna för att avbildas i detalj.
Så vad lärde vi oss av mätdata från PoGO+? För Krabbsystemet var det ny information om graden av ordning i de magnetiska fälten nära Krabbpulsaren. Det svarta hålet i Cygnus X-1 blir synligt i röntgen på grund av glöden från den ackretionsskiva som skapas när materia slits loss från en närliggande stjärna. Mätningarna från PoGO+ tyder på att de innersta delarna av ackretionsskivan (den så kallade koronan) är en utvidgad struktur alternativt ligger långt ifrån det svarta hålet. Koronan är ett mycket litet område, endast några tusen kilometer brett. På det avstånd som Cygnus X-1 befinner sig motsvarar detta en vinkel mindre än 30 nano-bågsekunder!
Under det kommande decenniet kommer polarisationsmätningar i röntgenområdet etablera sig som ett vanligt verktyg inom astrofysiken. Nya ballongburna teleskop kommer att fortsätta bidra till fältets utveckling, till exempel den nyttolast med mycket bättre känslighet än PoGO+ som vi nu planerar i samarbete med kollegor från USA och Japan. Förhoppningsvis blir denna del av vår resa rakare än den som vi precis har lagt bakom oss.