Danmarks Fysik- og Kemilærerforening
af Tina Ibsen, astrofysiker og formidlingschef Tycho Brahe Planetarium

Astrofysik er et af de naturvidenskabelige emner, der har en stor fascinationskraft på tværs af generationer. Men det er også et emne, der er meget abstrakt. Netop det meget abstrakte ved astrofysik, kan også afskrække nogle fra at dykke dybere ned i fagligheden. I en ny udstilling ’Made in Space’, har vi taget en ny indgangsvinkel til formidlingen af emner som Big Bang, galakser, Mørkt stof, Supernovaer mm. Vi har drejet fortællingen, så den begynder med den besøgende selv i spørgsmålet – Hvad er du?

Hvis vi kigger på et menneske, har vi hud, hår, lunger, hjerte, hjerne mm. Zoomer vi længere ind, består vi af celler og DNA, der er bygget op afd grundstoffer som karbon, jern, oxygen, hydrogen, zink, fosfor og meget mere. Men hvor kommer disse grundstoffer egentlig fra?

Grundstofferne som vi er bygget op af, er oprindeligt blevet dannet i en række forskellige processer i universet. Så for at bygge et menneske op fra bunden af, må vi på en længere rejse helt tilbage til universets begyndelse. Som den amerikanske astrofysiker Carl Sagan sagde i sin programserie Cosmos:


    ”If you wish to make an apple pie from scratch, you must first invent the Universe”


Big Bang – universets begyndelse

Vi mener, at universet blev dannet for 13,8 milliarder år siden, i den begivenhed, der har fået navnet Big Bang. I Big Bang blev alt den energi, der findes i universet dannet, men også det rum som er i universet og tiden blev dannet. Det vil derfor sige, at vi ikke videnskabeligt kan tale om en tid før Big Bang – da der ikke var nogen tid. Da rummet også blev dannet i Big Bang, vil det altså også sige, at vi ikke kan pege til et sted, hvor Big Bang skete – det skete alle steder i rummet, da alle steder i rummet blev til i Big Bang.

Få minutter efter Big Bang, blev protoner og neutroner og de første simple atomkerner til. Alle de protoner og neutroner, som vi finder i universet blev altså til i de første minutter af universets historie . Universet bestod hovedsageligt af hydrogen, helium og en meget lille smule litium. Men ingen andre grundstoffer var blevet dannet.

FK02 2018 6 3

Det indre af stjerner

Der skulle gå 400 millioner år, før de første stjerner blev dannet. Det vides ikke med sikkerhed, hvor store de var, eller helt præcist, hvordan en stjerne der blot består af hydrogen og helium faktisk opfører sig. Men det menes, at de første stjerner har været meget store, og meget store stjerner lever korte liv og har en voldsom død.

Stjerner lyser fordi der foregår fusionsprocesser i deres indre. Her fusioneres hydrogen til helium igennem en række processer. I løbet af disse processer sker et massetab, der frigives gennem elementarpartikler og fotoner. Når alt hydrogen er omdannet til helium i stjernes kerne trækker den sig sammen og øger sin temperatur. Dette gør det muligt for helium at fusionere til karbon, og for store stjerner fortsætter denne proces så indtil at der bliver dannet jern i kernen. Det er ikke muligt at fusionere jern, og derved frigive energi, og derfor stopper fusionsprocesserne i kernen.

Supernovaeksplosioner

Igennem en stjernes liv, foregår en kamp mellem tyngdekraften og det tryk der skabes i stjernernes indre. Tyngdekraften prøver, at få stjernen trukket sammen mod centrum, mens det lystryk der skabes, når grundstoffer fusionerer, prøver at få stjernen til at gå fra hinanden. Disse to modstridende kræfter opretholder en ligevægt igennem en stjernes liv, dog vil ændringer i lystrykket, når alt hydrogen er fusioneret, løbende få stjernen til at puste sig op og trække sig sammen igen.

Men når kernen består af jern, bliver der ikke længere skabt et lystryk til at modstå tyngdekraften. Når der er blevet fusioneret, hvad der svarer til 1,4 gange hele solens masse i kernen af den store stjerne, kollapser kernen under sin egen tyngde.  Dette kollaps resulterer i en neutronstjerne, der kun er omkring 10 kilometer i diameter, samt en chokbølge der bevæger sig ud igennem stjernens ydre lag. Dette får stjernen til at ’eksplodere’ og det er det, som vi kalder for en supernova.

I løbet af en supernova, bliver der frigivet mange neutroner, som støder sammen med de atomkerner som ligger i området omkring der hvor stjernens kerne, engang var. Ved gentagne sammenstød bliver der dannet en række ustabile nuklider, som henfalder og herved danner tungere grundstoffer.  På denne måde, kan der dannes grundstoffer, der er tungere end jern.

FK02 2018 6 2

Her ser vi hvordan tungere grundstoffer bliver dannet i en supernova. Kilde: Science & Technology Review – Lawrence Livermore National Laboratory.


Omskrivning af teorien

Det har i mange år været til debat, om der blev dannet nok neutroner til, at de ustabile nuklider kunne blive til tunge grundstoffer som bly, platin og guld. Nogle forskere mente, at der skulle en helt anden begivenhed til. En såkaldt kilonova, hvor to neutronstjerner kolliderer. Problemet med denne teori var blot, at man aldrig havde observeret en kilonova.

Dette blev der lavet om på i august 2017, hvor en række forskellige teleskoper for første gang observerede to neutronstjerner kollidere. I det materiale, der blev kastet ud fra denne kilonova, kunne der observeres guld, platin, bly og en række andre af de tungere grundstoffer. Det blev hermed fastslået, at i hvert tilfælde nogle af de tungere grundstoffer, har haft deres begyndelse i en kilonova.

Grundstofferne samles

Vi har nu grundstoffer fra: Big Bang, stjerners indre, supernova og kilonova. Disse grundstoffer har været en del af den stjernetåge, der for lidt over 4,5 milliarder år siden, faldt sammen og blev til vores solsystem.

I dag ved vi dog stadigvæk ikke, hvordan vi er gået fra grundstoffer til liv. Trods flere forsøg, har det ikke været muligt at skabe liv ud fra noget, der ikke allerede var levende. Så hvordan det første liv er blevet til, er et af de største ubesvarede videnskabelige spørgsmål.

Ny udstilling

Den nye udstilling, Made in Space åbnede på Tycho Brahe Planetarium den 1. februar. Her arbejder vi med den samme rammefortælling, men tager favntag med alle disse emner i en række forskellige interaktive installationer. Udstillingen er blevet til i samarbejde med en Ph.d. fra Institut for Naturfagenes Didaktik,  der har arbejdet med, hvordan astrofysik kan gøres mere tilgængeligt for mennesker, der normalt ikke finder disse emner relevante for dem. Dette har resulteret i en udstilling, der appellerer bredere, og udstillingsinstallationer, der er meget forskelligartede.

FK02 2018 6 1

Skriv et svar

Din e-mailadresse vil ikke blive publiceret. Krævede felter er markeret med *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.