Årets Nobelpris i fysik går till banbrytande upptäckter om vårt universum. Den ena hälften av priset går till James Peebles för hans teoretiska upptäckter inom fysikalisk kosmologi. Han transformerade vetenskapsfältet från spekulationer till en vetenskap som kan bekräftas experimentellt med hög noggrannhet. Den andra hälften delas lika mellan Michel Mayor och Didier Queloz som 1995 var först med att upptäcka en exoplanet i bana kring en solliknande stjärna.
Universum är allt som finns, allt som någonsin funnits och allt som någonsin kommer att finnas. Det finns mycket som vi inte vet om universum och som vi sedan urminnestider har försökt besvara. Var kommer vi ifrån? Vart är vi på väg? Finns det liv på andra planeter eller är vi ensamma? Vi vet nu att vårt unga universum var oerhört varmt och tätt under period som kallas Big Bang, vi vet även att universum expanderar och att den expansionen sker snabbare och snabbare. Ungefär 400 000 år efter Big Bang blev universum tillräckligt kallt för att bilda de första atomerna vilket också gjorde universum genomskinligt för strålning. Denna strålning kallas för den kosmiska bakgrundsstrålningen och tillåter forskare att titta bakåt i tiden till just denna tidsperiod i universum.
Vi vet även att vanlig materia inte ensamt kan förklara varför universum expanderar och det kan inte heller förklara varför galaxer bildas. Det måste alltså finnas beståndsdelar som vi inte ser. Mörk materia kallas det som håller ihop våra galaxer och mörk energi kallas det som får universum att expandera snabbare. Observationer visar även att 69 % av universum består av mörk energi, 26 % mörk materia och vanlig materia en ynka 5 %.
På presskonferensen förklarade Ulf Danielsson, ledamot i Nobelkommittén i fysik, att universum är som en kopp kaffe med en skvätt mjölk och lite socker. Kaffet i koppen är den mörka energin, skvätten mjölk är mörk materia och sockret representerar den vanliga materian som vi ser omkring oss (The sweet stuff enligt Ulf Danielsson). Det finns många möjliga förklaringar till vad dessa mörka beståndsdelar är för något. Kanske finns det en inbyggd vakuumenergi i universum som expanderar universum? Kanske finns det oupptäckta massiva partiklar som interagerar väldigt svagt med vanlig materia? Vi vet helt enkelt inte.
James Peebles upptäckter har varit några av de mest betydelsefulla i fysikalisk kosmologi och hans teoretiska modeller och beräkningar har förutsagt formen av universum och även mängden energi och massa den innehåller. Förutsägningar som senare även överensstämt med mätningar. Samma år som upptäckten av kosmiska bakgrundsstrålningen kunde Peebles förutsäga strålningens energiinnehåll och anisotropi, det vill säga ojämnheter i energiinnehållet beroende på varifrån strålningen kommer ifrån. Strålningen har för det mesta samma energiinnehåll i alla riktningar men det finns små skillnader där energin är högre och mindre. Vidare studerade han hur galaxer bildas och kunde visa att detta är omöjligt utan så kallad kall mörk materia – mörk materia som färdas långt under ljusets hastighet.
Figur. Bakgrundsstrålningen förklarad. Figur hämtad från: Pressmeddelande: Nobelpriset i fysik 2019. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2019. Tis. 8 okt 2019. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2019/61693-press-release-swedish/
Förutom mörk materia och mörk energi finns det mycket mer som vi inte vet. Hur ser andra solsystem ut? Finns det andra planeter som jorden? Hur många? Länge har uppfattningen varit att vårt solsystem är som vilket solsystem som helst och att andra solsystem liknar vårt. Men 1995 riktades världens ögon mot Michel Mayor och Didier Queloz för deras extraordinära upptäckt av exoplaneten Pegasus 51b. Med planetens jupiterliknande storlek och samtidigt så nära omloppsbana liknade det ingenting forskare tidigare hade sett.
Figur. Radialhatighetsmetoden förklarad. Figur hämtad från: Pressmeddelande: Nobelpriset i fysik 2019. NobelPrize.org. Nobel Media AB 2019. Tis. 8 okt 2019. https://www.nobelprize.org/prizes/physics/2019/61693-press-release-swedish/
Deras upptäckt byggde på att stjärnans rörelse påverkas av gravitationskraften från planeten. Sett från jorden ser det ut som att stjärnan gungar fram och tillbaka med en hastighet som kan bestämmas av Dopplereffekten. Det är precis som ljudet från en ambulans som förändras när den åker förbi; ljusstrålar från stjärnan förändrar färg beroende på om stjärnan rör sig mot oss eller ifrån oss. Det är en subtil skillnad men den är uppmätbar med tillräckligt noggranna detektorer, vilket var det Michel Mayor och Didier Queloz gjorde 1995. Efter deras upptäckt har närmare 4000 exoplaneter hittats med en stor variation av former, storlekar och banor. Vi hade alltså fel – alla solsystem ser inte ut som vårt.
Dessa upptäckter av James Peebles, Michel Mayor och Didier Queloz har för evigt förändrat vår bild av universum och visat att den är mycket märkligare och mer nyanserad än vad vi har kunnat föreställa oss. Men som James Peebles påpekade under presskonferensen, det finns många fler frågor att ställa och fler gåtor att lösa innan vi vet var vi kommer ifrån, vart vi är på väg och om det finns liv på andra planeter. Det är där som nästa generations forskare kommer in i bilden.
Läs mer om nobelpriset i fysik 2019 här och här.
Jonathan Jilg, medlem i Unga Forskare