Andromeda – Från nebulosa till galax

Ordet galax kommer från det grekiska ordet galaxias som betyder mjölkaktig, vilket var den antika grekiska termen för Vintergatan, det otydliga band av stjärnor som är synligt på natthimlen i områden där ljusföroreningarna inte är för stora. I dag används galax som allmän beteckning för de mycket stora grupper av stjärnor som finns utspridda i universum. De nuvarande uppskattningarna av det totala antalet galaxer varierar från 2×1011 till 2×1012 eller ännu fler. Inför dessa enorma mängder är det ofta lätt att glömma att vi för mindre än hundra år sedan fortfarande trodde att vår galax, Vintergatan, utgjorde hela universum. Detta ändrades den 1 januari 1925 när H.N. Russell läste upp en artikel av Edwin Hubble inför American Association for the Advancement of Science, där det fastställdes att spiralnebulosor i själva verket var separata galaxer. Vägen genom astronomins historia som leder fram till denna epokgörande uppsats 1925 går nästan tusen år tillbaka i tiden, och i det följande skall jag kortfattat skissera några av de viktiga stationerna, som nästan alla rör vår närmaste galaktiska granne Andromeda, längs denna väg.

Ordet nebulosa kommer från latinet och betyder ett moln, dimma, dimma, dimma, rök, ånga, utandning, som ni kan se är definitionen ganska nebulös. Inom astronomin kan det spåras tillbaka till Ptolemaeus’ Mathēmatikē Syntaxis eller som det är mer allmänt känt The Almagest. I detta grundande verk för den västerländska astronomin listar Ptolemaeus sammanlagt sex astronomiska nebulosor utan att ge dem någon större uppmärksamhet. Alla Ptolemaeus nebulosor var i själva verket otydliga stjärnhopar som låg för långt bort för att kunna upplösas med blotta ögat. Den första så att säga riktiga nebulosan, Andromeda-nebulosan, registrerades av den persiske astronomen Abd al-Rahman al-Sufi, vanligen bara kallad Al Sufi, i hans Book of Fixed Stars (arabiska: kitab suwar al-kawakib) omkring 964 e.Kr. Han beskriver och illustrerar Andromeda-nebulosan som ett litet moln framför munnen på det arabiska stjärnbilden Fisken.

Med andra tidiga teleskopobservationer visade Galilei att de ptolemaiska nebulosorna upplöste sig i många osynliga stjärnor när de betraktades genom ett teleskop. År 1612 var det dock Galileos teleskopkonkurrent Simon Marius som först vände sitt teleskop mot Andromeda-nebulosan och såg att den inte upplöste sig i stjärnor när den betraktades genom hans teleskoplinser. I sin Mundus Iovialis (1614) beskrev Marius vad han såg på följande sätt:

Det första är att jag med spionglaset från den 15 december 1612 upptäckte och observerade en fixstjärna med en viss underbar form som jag inte kan finna på hela himlen. Den befinner sig nära den tredje och nordligaste i Andromedabältet. Utan instrumentet ses densamma som något slags litet moln; och med instrumentet ses inga distinkta stjärnor som i nebulära stjärnan i Kräftan och andra nebulära stjärnor, utan snarare bara vita strålar, som ju närmare centrum desto ljusare kommer de ut; i centrum finns ett matt och blekt ljus; och dess diameter är ungefär en kvarts grad. Ungefär samma briljans framträder när ett starkt ljus observeras genom en klar lykta på långt avstånd.

Forskningen om nebulosor kom igång först på 1700-talet med den franske kometjägaren Charles Messiers (1730-1817) arbete. För att göra det lättare för kometjägare att skilja potentiella kometobservationer från andra otydliga och nebulösa objekt på natthimlen började Messier sammanställa en katalog över positionerna och utseendet på alla sådana objekt som han upptäckte under sina nattliga vakanser. Hans arbete, vars slutliga version publicerades 1781 och som nu är känd som Messierkatalogen, innehåller en förteckning över 110 Messierobjekt, på hans tid nebulosor och stjärnhopar. Man vet nu att Messierobjekten består av 39 galaxer, 5 planetariska nebulosor, 7 andra typer av nebulosor och 55 stjärnhopar. Andromeda-nebulosan, vars upptäckt Messier, okunnig om Al Sufis bok, felaktigt tillskriver Marius, är Messierobjektet M31.

Och även om Messiers katalog sammanställdes för att hjälpa kometjägare att skilja potentiella kometer från andra svaga himmelsobjekt brukar den betraktas som ett tidigt exempel på så kallad deep sky-astronomi; det vill säga studiet av objekt långt utanför solsystemet. Den första som systematiskt praktiserade deep sky-astronomi var William Herschel, som tillsammans med sin syster Caroline metodiskt kartlade himlen kvadrant för kvadrant och med sitt 20 fot långa reflekterande teleskop registrerade alla icke-stjärniga objekt som han kunde hitta. Caroline och han registrerade 2400 nebulosor i tre kataloger.

De kategoriserade de föremål som de registrerade i åtta klasser: (I) ljusa nebulosor, (II) svaga nebulosor, (III) mycket svaga nebulosor, (IV) planetariska nebulosor, (V) mycket stora nebulosor, (VI) mycket komprimerade och rika stjärnhopar, (VII) komprimerade hopar av små och stora stjärnor och (VIII) grovt spridda stjärnhopar. Herschels katalog utökades av hans son och senare John Dreyer och blev 1888 den nya allmänna katalogen (NGC) med 7840 objekt på den djupa himlen. NGC:s numrering används fortfarande för de flesta av de objekt som finns upptagna i den. År 1785 observerade Herschel en svag rödaktig nyans i Andromedas kärnområde. Han ansåg att Andromeda var den närmaste av alla de stora nebulosorna.

1750 publicerade den engelske astronomen Thomas Wright (1711-1786) sin An Original Theory on New Hypothesis of the Universe där han var den förste som korrekt beskrev formen på Vintergatan. Han spekulerade också i att de svaga nebulosorna i själva verket var avlägsna galaxer. Hans mycket skarpsinniga tankar förblev dock spekulationer som han inte kunde verifiera.

Interessant nog togs hans spekulationer upp av den tyske filosofen Immanuel Kant (1724-1804) och vidareutvecklades i hans anonymt publicerade Allgemeine Naturgeschichte und Theorie des Himmels (1755). Vid den tiden fick varken Wrights eller Kants teorier någon större trovärdighet, men i efterhand har båda hyllats för sin insiktsfullhet.

Under 1850 kunde William Parsons med hjälp av det största reflekterande teleskopet som konstruerades under 1800-talet, Leviathan of Parsonstown, för första gången identifiera spiralstrukturen i Andromeda-nebulosan. Detta var bara en av en rad spiralformade nebulosor, i själva verket galaxer, som han kunde identifiera.

1864 noterade William Huggins, en pionjär inom stjärnspektroskopi, att Andromedas spektrum skiljer sig från spektrumet hos en gasformig nebulosa. Spektrumet, som observerades av Huggins, hade samma egenskaper som spektrumet hos enskilda stjärnor vilket ledde till att han drog slutsatsen att Andromeda i själva verket var av stellär natur.

Vi har redan kommit långt från Al Sufis första registrering av ett litet moln. År 1887 tog Isaac Roberts, som trodde att spiralnebulosor var solsystem som höll på att bildas, det första fotografiet någonsin av Andromeda.

1912 mätte den amerikanske astronomen Vesto Slipher med hjälp av spektroskopi Andromedas rotationshastighet till 300 kilometer per sekund, den högsta hittills uppmätta hastigheten.

Heber Curtis observerade 1917 en nova i Andromeda och upptäckte ytterligare elva på fotografisk väg. Dessa var i genomsnitt tio magnituder svagare än andra observerade på himlen. Baserat på dessa uppgifter uppskattade han att Andromeda låg 500 000 ljusår bort. Curtis föreslog nu hypotesen om öuniversum, dvs. att spiralnebulosor i själva verket är oberoende galaxer.

Den 26 april 1920 höll Heber Curtis och Harlow Shapley den så kallade stora debatten på Smithsonian Museum of Natural History om spiralnebulornas natur. Curtis hävdade att de var avlägsna oberoende galaxer, Shapley att de var mycket mindre och mycket närmare och därmed inom Vintergatans galax, som var hela universum. Denna debatt höjde frågan till den prioriterade frågan inom astronomin.

År 1922 mätte Ernst Öpik avståndet till Andromeda med hjälp av stjärnornas hastighet. Hans uppskattning var 1 500 00 ljusår.

Som jag sa i inledningsavsnittet avgjorde Edwin Hubble slutligen saken när han mätte avståndet till Andromeda med hjälp av Cepheid-variabla stjärnor och bevisade slutgiltigt att Andromeda inte var en nebulosa inuti Vintergatan utan en separat galax. Med detta resultat föddes den galaktiska astronomins tidsålder.

Metoden för att bestämma avstånd med hjälp av cepheider utvecklades av Henrietta Swan Leavitt, en av Harvard-datorerna, som undersökte tusentals variabla stjärnor i Magellanska molnen 1908; hon publicerade sina resultat 1912.

Historien om Andromedas historiska resa från Al Sufis nebulosa till Curtis galax illustrerar på ett mycket fint sätt hur vetenskaplig kunskap växer över tid med generationer av forskare med olika intressen och motiveringar som direkt och indirekt bidrar till denna tillväxt.

Inlägget ändrat 11 januari 2018