Universets Stjerner og Dets Mørke

Natten byder på et betagende skue af stjerner, der funkler på den mørke himmel. Men hvad gemmer sig egentlig bag disse lysende prikker? Universet er et ufatteligt stort sted, fyldt med milliarder på milliarder af stjerner, organiseret i endnu flere galakser. At forstå omfanget og naturen af disse himmellegemer er en rejse ind i kosmos' dybeste mysterier.

Hvor mange stjerner er der i vores univers?

At tælle stjernerne i hele universet er en umulig opgave. Det, astronomer kan gøre, er at estimere antallet baseret på observationer af de dele af universet, vi kan se. Vi ved, at stjerner sjældent findes alene. De samles i gigantiske strukturer kaldet galakser. En galakse er en enorm samling af stjerner, gas, støv og mørkt stof, der holdes sammen af tyngdekraften.

En typisk stor galakse indeholder et par hundrede milliarder stjerner. Forestil dig det utrolige antal! Og galakserne er ikke alene. Man mener, at der er mere end 1.000 milliarder galakser alene i den del af universet, som er synlig for os. Hvis hver af disse galakser indeholder hundreder af milliarder af stjerner, bliver det samlede antal i det synlige univers svimlende stort – anslået til omkring 200 milliarder billioner stjerner.

Mælkevejen: Vores hjem i kosmos

Vores egen galakse har det poetiske navn Mælkevejen. Det er den galakse, som vores solsystem og dermed Jorden er en del af. Astronomer har brugt årtier på at kortlægge og forstå Mælkevejen, og de vurderer, at den ud over vores egen Sol indeholder et sted mellem 100 og 400 milliarder stjerner. Dette tal alene er næsten umuligt for et menneske at fatte. Stjernerne i Mælkevejen kredser om et fælles centrum, hvor man mener, der befinder sig et gigantisk sort hul – en massiv koncentration af masse med så stærk tyngdekraft, at intet, selv ikke lys, kan undslippe det. Mange andre store galakser menes også at have sorte huller i deres centre.

Hvorfor er nattehimlen mørk? Olbers' paradoks

Med så ufatteligt mange stjerner spredt ud over milliarder af galakser, alle udsendende lys, kunne man umiddelbart forvente, at hele nattehimlen ville være badet i et blændende lys, uanset hvor man kiggede hen. Men som vi alle ved, er rummet overvejende mørkt om natten. Dette paradoksale spørgsmål – hvorfor rummet er mørkt på trods af, at det er fyldt med stjerner – er så gammelt, at det har sit eget navn: Olbers' paradoks.

Man skulle måske tro, at forklaringen simpelthen er, at mange af stjernerne er utroligt langt væk. Og det er sandt, at lysstyrken fra en stjerne aftager med afstanden. En stjerne, der er dobbelt så langt væk, ser kun en fjerdedel så lysstærk ud. Hvis den er 10 gange længere væk, ser den 100 gange mørkere ud. Så afstand spiller en rolle for den enkelte stjernes synlige lysstyrke.

Men forestil dig et øjeblik et uendeligt, statisk univers, der altid har eksisteret. Hvis vi tegner en stor kugle omkring Jorden, vil der være et vist antal stjerner inden i den. Hvis vi fordobler kuglens radius, vil afstanden til de fjerneste stjerner i den større kugle være større, og de vil se svagere ud. Men samtidig vil rumfanget af kuglen blive otte gange større, og dermed vil der også være otte gange så mange stjerner inden i den (hvis stjernerne er jævnt fordelt). Selvom de enkelte fjerne stjerner ser svagere ud, ville det samlede lys fra det meget større antal stjerner i den større kugle overvælde lyset fra de tættere stjerner. I et uendeligt, uforanderligt univers, der har eksisteret for evigt, ville enhver sigtelinje fra Jorden i princippet ende på overfladen af en stjerne til sidst, og himlen ville derfor fremstå som et lysende tæppe.

Dette tankeeksperiment viser, at den simple forklaring om afstand ikke er tilstrækkelig til at løse Olbers' paradoks. Der må være andre faktorer på spil, som forhindrer himlen i at være badet i lys fra alle de utallige stjerner.

Universets alder og lysets rejse

En afgørende faktor, som Olbers' paradoks i sin oprindelige form ikke tog højde for, er universets alder. Universet er ikke uendeligt gammelt; det er kun omkring 13 milliarder år gammelt. Selvom 13 milliarder år lyder som en ufatteligt lang periode, er det i kosmiske dimensioner en begrænset tid.

Lys rejser med en bestemt, endelig hastighed – lysets hastighed. Det betyder, at lyset fra meget fjerne objekter tager lang tid om at nå frem til os. Hvis en stjerne er 10 milliarder lysår væk, har lyset fra den været undervejs i 10 milliarder år. Hvis en stjerne er 15 milliarder lysår væk, har lyset fra den endnu ikke haft tid til at nå Jorden, da universet kun er 13 milliarder år gammelt.

Den del af universet, som vi kan se, er derfor begrænset af, hvor langt lyset har kunnet rejse siden universets begyndelse. Vi kan kun se stjerner og galakser, hvis lys har haft tid til at nå os inden for de seneste 13 milliarder år. Dette skaber en "synlig boble" omkring Jorden, der strækker sig ud til omkring 13 milliarder lysår. Uden for denne boble er der utvivlsomt flere stjerner og galakser, men deres lys er simpelthen ikke nået frem til os endnu.

Der er altså simpelthen ikke nok stjerner inden for vores synlige horisont til, at himlen er fyldt med lys i enhver retning. Når vi kigger på en mørk del af himlen, er det ikke nødvendigvis fordi, der ikke er nogen stjerner i den retning, men snarere fordi de stjerner, der er der, er så langt væk, at deres lys endnu ikke er nået frem. Efterhånden som tiden går, vil lyset fra mere fjerne stjerner nå os, og potentielt ville flere dele af himlen blive oplyst.

Universets udvidelse og Doppler-effekten

Men der er endnu en faktor, der bidrager til nattehimlens mørke: universets udvidelse. Universet er ikke statisk; det udvider sig. Og de mest fjerne galakser bevæger sig væk fra os med meget høj hastighed – hastigheder der nærmer sig lysets hastighed.

Når en lyskilde bevæger sig hurtigt væk fra en observatør, sker der et fænomen kaldet Doppler-effekten (kendt fra lydbølger, f.eks. en ambulance, der kører forbi). For lys betyder det, at bølgelængden af lyset strækkes. Lys fra objekter, der bevæger sig væk, forskydes mod den røde ende af spektret – dette kaldes rødforskydning. Hvis objekterne bevæger sig væk hurtigt nok, kan lyset blive forskudt så meget, at det ikke længere er synligt for det menneskelige øje; det kan blive til infrarødt lys eller endda radiobølger.

Fordi de mest fjerne galakser bevæger sig væk fra os med hastigheder drevet af universets udvidelse, bliver lyset fra deres stjerner kraftigt rødforskudt. Selvom lyset fra disse stjerner har haft tid til at nå os, er det blevet strakt til bølgelængder, som vores øjne ikke kan opfange. Dette betyder, at selv de stjerner, der er inden for den synlige horisont defineret af universets alder, ikke nødvendigvis bidrager til den synlige belysning af nattehimlen, hvis de er tilstrækkeligt fjerne.

Så løsningen på Olbers' paradoks er en kombination af universets endelige alder, som begrænser, hvor langt lyset har kunnet rejse, og universets udvidelse, som rødforskyder lyset fra de mest fjerne kilder ud af det synlige spektrum. Sammen forklarer disse fænomener, hvorfor nattehimlen er mørk, selvom universet vrimler med stjerner.

Det er interessant at overveje, at hvis vi venter længe nok, vil stjernerne til sidst brænde ud. Stjerner som vores Sol har en levetid på omkring 10 milliarder år. I en fjern fremtid, måske tusind billioner år fra nu, antager astronomer, at universet vil blive et meget mørkere sted, domineret af stjernerester som hvide dværge og sorte huller.

Set i dette lys lever vi faktisk i en særlig periode i universets historie, hvor betingelserne er helt rigtige for at kunne observere en rig og kompleks nattehimmel, der både viser os det strålende lys fra utallige stjerner og det dybe mørke, der minder os om kosmos' ufattelige størrelse og historie.

Hvordan dannes stjerner?

Stjerner er ikke født ud af ingenting. De dannes i enorme skyer af gas og støv, der findes i rummet, ofte i armene på galakser som Mælkevejen. Disse skyer, kaldet molekylsky, er utroligt store, men også meget spredte. Processen starter, når en del af en sådan sky begynder at trække sig sammen under sin egen tyngdekraft. Tyngdekraften er den samme kraft, der holder os nede på Jorden og får ting til at falde.

Efterhånden som skyen trækker sig sammen, begynder den at rotere. Man kan forestille sig det som en skøjteløber, der trækker armene ind og begynder at rotere hurtigere. Materialet samles mod midten, og i kernen bliver gassen og støvet mere og mere tætpakket og varmt. Dette tætte, varme centrum er der, hvor den nye stjerne dannes.

Rundt om det kollapsende centrum flades den resterende gas og støv ud og danner en skive. Dette er den protoplanetariske skive, hvor planeter senere kan dannes ud fra det kredsende materiale.

Midten af skyen fortsætter med at falde sammen og tiltrække mere materiale. Kernen bliver stadig tungere og varmere. Når temperaturen og trykket i kernen bliver højt nok, igangsættes en proces, der kaldes fusionsprocesser. Dette er den proces, hvor lette grundstoffer, primært hydrogen, omdannes til tungere grundstoffer, primært helium. Denne nukleare fusion frigiver enorme mængder energi.

Når fusionsprocesserne starter i kernen, er en ægte stjerne født. Energien, der frigives fra fusionen, skaber et udadrettet tryk, der modvirker tyngdekraftens indadrettede træk. Dette skaber en stabil balance, og stjernen lyser kraftigt på grund af den frigivne energi. Vores Sol er et perfekt eksempel på en stjerne, der i øjeblikket er i denne stabile fase af sit liv, hvor den omdanner hydrogen til helium i sin kerne.

Forskellige typer af stjerner

Ikke alle stjerner er ens. De varierer i størrelse, masse, temperatur og lysstyrke. Disse forskelle skyldes primært de forhold, hvorunder de blev dannet – især mængden af gas og støv, der var tilgængelig i den oprindelige sky.

Nogle stjerner dannes med meget mere materiale og bliver derfor meget større og tungere end Solen. Den tungeste stjerne, man kender til, vejer omkring 100 gange mere end Solen. Andre stjerner dannes ud fra mindre skyer og bliver langt mindre; den mindste kendte vejer kun omkring en tiendedel af Solens masse.

Ud over størrelse og masse varierer stjerner også i farve. En stjernes farve er direkte bestemt af dens overfladetemperatur. Det er faktisk lige omvendt af, hvad man måske intuitivt ville tro ud fra varmt og koldt vand fra hanen.

• Koldere stjerner har en overfladetemperatur på omkring 3.000 grader Celsius og fremstår røde. Et eksempel er Proxima Centauri, den stjerne, der er tættest på vores solsystem.
• Gennemsnitlige stjerner, som vores Sol, har en overfladetemperatur på omkring 5.500 grader Celsius og fremstår gule eller hvide.
• Varmere stjerner har meget høje overfladetemperaturer, op mod 10.000 grader Celsius eller mere, og fremstår blå eller hvide. Et eksempel er Sirius, den klareste stjerne på nattehimlen.

Denne sammenhæng mellem temperatur og farve giver astronomer et vigtigt redskab til at bestemme en stjernes egenskaber ved blot at observere dens lys.

Stjernetyper: En sammenligning

For at illustrere forskellene mellem stjerner kan vi se på et par eksempler:

Denne tabel viser tydeligt, hvordan temperatur og farve hænger sammen, og at stjerner varierer betydeligt i størrelse og masse.

Ofte Stillede Spørgsmål

Her er svar på nogle almindelige spørgsmål om stjerner og universet:

Q: Hvor mange stjerner er der i Mælkevejen?
A: Astronomer anslår, at Mælkevejen indeholder mellem 100 og 400 milliarder stjerner, inklusive vores Sol.

Q: Hvor mange galakser findes der i det synlige univers?
A: Man mener, at der findes mere end 1.000 milliarder (en billion) galakser i den del af universet, som vi kan observere.

Q: Hvorfor er rummet mørkt om natten, selvom der er så mange stjerner?
A: Dette skyldes en kombination af universets endelige alder (lyset fra de fjerneste stjerner har ikke nået os endnu) og universets udvidelse (lyset fra fjerne galakser rødforskydes ud af det synlige spektrum). Dette fænomen kaldes Olbers' paradoks.

Q: Hvordan får stjerner deres energi til at lyse?
A: Stjerner får deres energi fra nukleare fusionsprocesser i deres kerne, hvor lette grundstoffer som hydrogen omdannes til tungere grundstoffer som helium.

Q: Bestemmer temperaturen stjernens farve?
A: Ja, en stjernes overfladetemperatur afgør dens farve. Koldere stjerner er røde, gennemsnitlige stjerner er gule/hvide, og varmere stjerner er blå/hvide.

Studiet af stjerner og galakser fortsætter med at afsløre universets utrolige kompleksitet og skønhed. Selvom vi har lært meget, er der stadig dybe mysterier at udforske i kosmos' mørke dybder.

Kunne du lide 'Universets Stjerner og Dets Mørke'? Så tag et kig på flere artikler i kategorien Læsning.