Skapt av stjernestøv

Dette er litt på grensen til allmenhistorien jeg ellers presenterer her, men samtidig så føler jeg at dette er et perspektiv vi alt for lett glemmer. For vår historie begynner ikke egentlig i en treklynge på den afrikanske savannen. Den virkelige begynnelsen fortelles heller ikke av historikere, men av glitrende hjerner i et helt annet fagfelt; fysikken.

SUPERNOVA: Lyset fra stjernen nederst til venstre på bildet ble oppdaget i utkanten av en galakse som ligger 108 millioner lysår fra jorden. Bilde: NASA/ESA, CC-3.0 med navngivelse

SUPERNOVA: Lyset fra stjernen nederst til venstre på bildet ble oppdaget i utkanten av en galakse som ligger 108 millioner lysår fra jorden. Bilde: NASA/ESA, CC-3.0 med navngivelse

Ingen kjente partikler kan bevege seg raskere enn lyset. Det farer avgårde med 300.000 kilometer i sekundet, men på tross av den utrolige farten har det meste av lyset vi ser på nattehimmelen vært på vei i tusener, kanskje millioner av år før det treffer våre øyne. Det betyr at stjernene og planetene som vi nå vet går rundt dem fremstår for oss slik de gjorde for tusener av år siden, ikke slik de er i dag. Med en kikkert eller et teleskop kan vi se enda lenger tilbake i tid, vi kan se lyset fra verdener slik de så ut samtidig som dinosaurene gikk på jorden, eller helt tilbake til før vår stjerne engang hadde begynt å skinne for over fire milliarder år siden. Med romteleskopet Hubble kan vi se helt tilbake til fem hundre millioner år etter at universet slik vi forstår det, oppstod. Små kornete piksler på en skjerm vitner om de eldste galaksene i universet. Tenk om vi hadde kunnet gjøre det samme i historiefaget? Å reise bakover i tid igjennom et teleskop i fra oven! Rette det mot Paris og stille det inn på 14 juli 1789, eller mot Eidsvoll og følge forhandlingene mellom Eidsvollsmennene i april og mai 1814. Dessverre, er vi ikke like heldige som astronomene og fysikerne. Men det er allikevel i deres verden menneskets reise begynner.

Ingenting veier noe, ingenting er noe

For nesten 13,8 milliarder år siden oppstod vårt univers fra en supervarm liten ball, så liten at den best kan sammenlignes med en partikkel fra en atomkjerne. Det er først de siste årene at vi faktisk har blitt i stand til å regne oss bakover langt nok i tid, og forstå noen av de ufattelig små partiklene universet er bygd opp av, til at vi faktisk har begynt å få en liten anelse om hvor fantastisk vårt univers faktisk er. For det viser seg at det store tomme vakuumet i verdensrommet slettes ikke er tomt. Astrofysikere har regnet ut at hvis du tar et utsnitt av et hvilket som helst tomt område ute i verdensrommet vakuum, uten et eneste atom, og har det en målbar vekt. Det veier noe! Takket være kvantefysikken vet vi i dag at ingenting ikke lenger er ingenting. Tomt rom er på et ekstremt mikroskopisk plan i virkeligheten et boblende brygg av partikler som popper inn og ut av eksistens så raskt at vi ikke kan måle de. Det forklarer hvorfor et proton, en del av en atomkjerne, veier mer enn ni ganger så mye som partiklene, kvarkene, det er beviselig bygd opp av; fordi det tomme rommet i mellom de små partiklene bobler av kvantemekaniske partikler. Vårt univers kan rett og slett ha oppstått ut av hva vi tradisjonelt ville kalt ingenting!

De første elementene hydrogen og helium. Illustrasjon: <a href="http://www.123rf.com/profile_designua">designua / 123RF Stock Photo</a>

De første elementene hydrogen og helium. Illustrasjon: designua / 123RF Stock Photo

Universets første sekunder var preget av en enorm utvidelse, derav også navnet på teorien som ligger bak; «the Big Bang». I virkeligheten var det mer som en ballong som utvidet seg veldig. Forestill deg at ballongen er svart og du har tegnet en masse hvite prikker på den, tett i tett, så den ser nesten helt hvit ut. Når du blåser den opp så øker avstanden i mellom prikkene likt overalt. Omtrent slik utvider universet seg også. Tre minutter etter Big Bang var universet sydende varmt, rundt en milliard grader! Men nå hadde de minste partiklene samlet seg i litt større korn kalt protoner og nøytroner. Og rett som det var støtte noen av disse på hverandre og limte seg sammen og dannet kjernen i det første elementet; hydrogen. En gang i blant traff også de nye hydrogenkjernene hverandre med stor nok hastighet til at de smeltet sammen til en større kjerne, helium, og slik holdt det på frem til hele universet bestod av litt under en fjerdedel helium, bittesmå mengder andre stoffer, og resten hydrogen. Men hvor var alt det andre? Hvor var karbonet, nitrogenet og oksygenet vi trenger for å leve, jernet vi bygger biler av, silikonet i våre datamaskiner? Big Bang skapte universet, men det skapte bare noen få av elementene. Det er her det virkelig fantastiske ved vår historie begynner. For de andre elementene kommer fra stjernene.

De første stjernene

En illustrasjon av hvordan universet ekspanderte fra The big bang til galakser ble dannet.

Illustrasjon: Wikimedia Commons

400.000 år etter universets begynnelse var alt en tett tåke av gasser og partikler. Temperaturen hadde sunket til bare noen få tusen grader og de fire kreftene som gjelder i hele universet (tyngdekraften, den svake og den sterke kjernekraften og den elektromagnetiske kraften) hadde for lengst gjort seg gjeldende. Hydrogenet og heliumet som utgjorde universet fanget opp elektroner og tyngdekraften gjorde at hvert eneste atom ble selv tiltrukket av alle atomene rundt seg. Og vice versa. Atomene klumpet seg sammen tettere og tettere. De dannet tåker av gasser, og desto tettere de ble, desto sterkere virket tyngdekraften på gassene rundt slik at enda flere atomer ble trukket inn i tåken. Tyngdekraften virker sterkere og sterkere jo mer masse som samles. Og desto tettere hydrogenatomene kom hverandre, desto fortere beveget de seg; og desto varmere ble det. Rett som det var traff et hydrogenatom et annet, og da hastigheten på partiklene og temperaturen ble stor nok i midten av tåken, begynte de å oppføre seg slik de hadde gjort ved universets begynnelse: de smeltet sammen og dannet helium, og i den prosessen slapp de fra seg litt energi i form av et lysende foton. Gassene rundt begynte å skinne, og skyen ble en stjerne. Trykket og varmen fra sammensmeltingen av hydrogenkjerner, vi kaller det fusjon, presset gassene og partiklene utover, samtidig som tyngdekraften trakk de innover. På grunn av dette kollapser ikke stjernen under sin egen tyngdekraft, samtidig som tyngdekraften gjør at atomkjerner kan fortsette å smelte sammen holde trykket oppe nok til at stjernen ikke forsvinner ut i verdensrommet som en gassky igjen.

Stjernenes død

Før eller siden går alle stjerner tom for hydrogen de kan brenne. Vår sol er rundt 4,6 milliarder år gammel og har fortsatt igjen nok til å brenne i rundt 7 milliarder år til, så vi har fortsatt god tid. Men stjerner med mer masse enn vår sol har mye mer tyngdekraft, og må også smelte sammen mer hydrogen for å holde tyngdekraften på avstand. Hvis solen hadde vært ti ganger så stor som den er, ville den ha brent ut i løpet av ti millioner år. Den ville aldri ha dannet en støvsky rundt seg som igjen klumpet seg sammen til planeter. Jorden ville aldri ha eksistert og ingen planter, dyr eller mennesker ville ha oppstått. Den ville i stedet ha endt sine dager som en hvit dverg; en varm masse av oksygen og karbon. Uansett hvor avhengige vi er av vår egen sol, ville vi aldri ha eksistert hvis det ikke var for de virkelig store stjernene i universet. De som er over 10 ganger solens størrelse. Det er disse vi kommer fra. De starter livet som andre stjerner ved å smelte hydrogen til helium og små mengder nitrogen i rundt ti millioner år før de har brukt opp sine lagre av hydrogen. Men stjernen slutter allikevel ikke å skinne, i stedet leter den etter en ny energikilde. Heldigvis er varmen i stjernens sentrum nå blitt mye større og det gjør den i stand til smelte sammen heliumkjerner til karbon, oksygen og litt neon. Temperaturen i kjernen når snart en halv milliard grader og lagrene med helium minker. Den begynner å smelte karbon til Neon, Magnesium og litt Natrium. Prosessen går fortere og fortere og temperaturen fortsetter å øke. I løpet av tusen år klarer den ikke lenger å smelte sammen nok karbon og begynner fusjonere neon til oksygen og magnesium, men det holder bare i tre år. De neste tre måneder smelter den oksygen med oksygen og andre atomer, mange nye elementer som silikon, silisium, argon, klor og kalsium blir skapt i prosessen, men nå begynner den å gå tom for elementer som den klarer å fusjonere.

I en uke lever den på silikon, som en dødsdømts siste måltid for i prosessen danner den jern. Innen uken er omme har den en kjerne av jern på størrelse med vår måne. Ingen stjerne klarer å brenne jern. Etter noen korte timer har varmen steget så mye at trykket fra tyngdekraften i stedet knuser alle atomene i kjernen til sine opprinnelige bestanddeler; nøytroner, protoner, elektroner. I løpet av to tiendeler av et sekund kollapser kjernen innover seg selv til den bare tar opp like mye plass som et enslig atom. Temperaturen når 10^12 Kelvin, varmere enn jeg klarer å forklare, eller fatte, og den sterke kjernekraften som vanligvis holder atomkjernene sammen blir plutselig frastøtende og presser partiklene utover slik at de møter gassene fra de ytterste delene av stjernen som fortsatt er på vei innover på grunn av tyngdekraften. En sjokkbølge dannes. Hadde stjernen vært over 40 ganger solens masse, så vil vekten av gassene som faller innover overmanne trykket fra kjernen og den vil kollapse inn i seg selv og bli til et sort hull. Er den mindre enn dette så vinner den ekspanderende kjernen og i et kort øyeblikk vil den utstråle en fjerdedel av sin masse som nøytrinoer, nok energi til å overgå milliarder av galaksers samlede lysstyrke. Resten vil slynges frem og tilbake mellom sjokkbølgen og kjernen og bygge seg opp lik overlappende bølger i havet kan danne kjempebølger, til stjernen endelig eksploderer i en supernova. I samme øyeblikk danner stjernen sine siste og tyngste elementer før de spres utover i universet.

En slik supernova skjer omtrent hvert hundrede år i en gjennomsnittlig galakse. Det høres lenge ut for et enkelt menneske, det er lenger enn de fleste av oss kan håpe å leve, men for universet er det ingenting. Det synlige universet består av rundt 100 milliarder galakser, som hver består av mellom ti millioner og 100 billioner stjerner hvor nye atomer hele tiden dannes. Og dette er bare den delen av universet vi kan se, mesteparten er lagd av stoffer som mørk materie og mørk energi, navn som tydelig demonstrerer hvor lite vi vet om hva det er, bortsett fra at vi vet de er der blant annet fordi vi kan se at det har tyngdekraft.

Vi er her fordi stjerner dør

Blodet ditt, huden din, hjertet ditt. Alt du er, er der fordi stjerner levde og døde i universet. 90 prosent av atomene i din kropp ble dannet i en supernova. Du er stjernestøv. I dag, 4,6 milliarder år etter at vår nærmeste stjerne begynte å skinne og støv fra for lengst svunne stjerner klumpet seg sammen rundt den, lever vi.

Carl Sagan anno 1980. Bilde: Wikimedia Commons

Carl Sagan anno 1980. Bilde: Wikimedia Commons

For fem hundre år siden så trodde våre forfedre at jorden var verdens sentrum og at solen og planetene kretset rundt oss før Nikolaus Kopernikus brukte planetenes baner til å vise oss at det var slett ikke så. For mindre enn 90 år siden trodde vi at vi melkeveien var hele universet før Edwin Hubble oppdaget at det er ufattelig mye større. I dag vet vi at universet er så enormt at ingen astronom lenger våger selvsikkert si at vi er det eneste intelligente vesenet i universet, langt mindre at det arrogant nok roterer rundt oss. Vi er i realiteten ikke mer enn sandkorn på universets strand, og kanskje ikke engang mer enn sandkorn på en strand på sandkornet. Hvis det hadde vært mulig. Vår reise startet da stjerner døde for milliarder av år siden. På vår korte tid har vi skapt samfunn, kulturer og teknologier, vi har gjort oppdagelser og søkt forståelse av naturen og virkeligheten rundt oss. Vi har også kranglet om hvem som eier sannheten, hvem som har den endelige forståelsen av universets begynnelse og endelikt og vår plass i denne store fortellingen. I historien som i vitenskapen så må vi være klare til å endre våre oppfatninger i forhold til det som kan observeres og testes slik fysikernes standardmodell som denne teksten er basert på har blitt, og samtidig være skeptiske til løsrevne påstander om hva som er sant. Vikingene var lenge kjent som brutale kjettere som slaktet ned kvinner, barn og prester for hånde. Men fortellingene dette synet var basert på kom fra prester og munker som var de fremste, og enkleste, målene for vikingenes tidligste reiser, det var en fortelling gitt av rystede menn uten kjennskap til sagaene, kjøpstedene og vikingenes rike kultur. På samme måte som vi ser annerledes på universet i dag enn vi gjorde for 90 år siden, ser vi annerledes på vikingen. Vi ser dyktige håndverkere, fremragende navigatører og ivrige handelsmenn. Historien slik vi ser den, som universet slik vi ser det, blir større og mer spennende for hver nye oppdagelse, og vi som mennesker er ett steg nærmere sannheten. Det er fristende å tenke at det kanskje 200 lysår unna sitter et ungt individ i fra en sivilisasjon ikke ulik vår egen med et teleskop og ser skyene over Eidsvoll i det prins Kristian Fredrik ankommer…

Carl Sagan sa det best da han ledet den opprinnelige Cosmos-serien i 1980:

«Nitrogenet i vårt DNA, kalsiumet i våre tenner, jernet i vårt blod, karbonet i våre eplepaier ble dannet i det indre av kollapsende stjerner.

Vi er alle lagd av stjernestoff.»

 

Les mer:

  • Krauss, Lawrence, A Universe from Nothing – Why There Is Something Rather Than Nothing. 2012. Atria Books
  • Astronomical Alchemy: The Origin of the Elements, Forelesning av prof. Phil Pinto ved University of Arizona 26. Februar 2011
  • A Universe From Northing, Forelesning av professor i astrofysikk Lawrence Krauss, 2009
  • David L. Alles (red.) The Origin of the Elements, Western Washington University 2012