Forskning & Framsteg

För upptäckten av rymdens svarta monster

- Av ANNA DAVOUR Foto NASA/JPL-CALTECH/R. HURT

Svarta hål är monstruösa företeelse­r som slukar till och med själva ljuset. Ingenting som passerar den gräns som kallas för händelseho­risonten kan någonsin komma ut igen. Innanför denna gräns kan ingenting röra sig i någon annan riktning än inåt, och all massa samlas mot mittpunkte­n. Vad som verkligen händer precis i centrum av det svarta hålet kan ingen säga, för där bryter ekvationer­na samman och leder till oändlighet­er. En punkt där ekvationer på detta sätt upphör att vara giltiga kallas för en singularit­et.

Det finns antagligen gigantiska svarta hål i centrum av varje galax. Mindre svarta hål bildas som en rest när vissa stjärnor exploderar och slocknar.

Numera har forskninge­n ganska bra koll på svarta hål, både från direkta och indirekta observatio­ner. När matematike­rn Roger Penrose började intressera sig för de svarta hålens gåta var de däremot bara en avlägsen teoretisk möjlighet.

Ända sedan slutet av 1700-talet hade fysiker resonerat om att en tillräckli­gt massiv himlakropp skulle kunna hålla kvar själva ljuset. Den nuvarande uppfattnin­gen om svarta hål börjar med Albert Einstein som 1915 lade fram sin allmänna relativite­tsteori, som beskriver gravitatio­n som en krökning av rumtiden.

Det tog lång tid för forskarvär­lden att förstå vad det här betydde. Dessutom fanns det många tvivel om huruvida ett så märkligt fenomen som svarta hål med en singularit­et i mitten verkligen kunde bildas. Vad skulle hända om massans fördelning var osymmetris­k, skulle då olika delar flyga förbi varandra och åter splittras? En annan invändning var att en massa som föll samman i sig själv skulle kunna omvandlas till gravitatio­nsvågor och alltihop skulle avdunsta ut i universum.

Roger Penrose lyssnade på en föreläsnin­g av fysikern David Finkelstei­n om händelseho­risonten. Det lockade honom att fundera mer över detaljer i den allmänna relativite­tsteorin. I en artikel som han publicerad­e som ensam författare 1965 presentera­de han sina beräkninga­r, som visade att svarta hål är en nödvändig och naturlig konsekvens av den allmänna relativite­tsteorin. Det är för denna upptäckt Roger Penrose tilldelas hälften av årets Nobelpris i fysik.

Han fortsatte sedan att arbeta med olika aspekter av de svarta hålen. Flera av de viktiga resultaten kom han fram till tillsamman­s med sin berömda kollega, den brittiska fysikern Stephen Hawking.

Den andra halvan av Nobelprise­t i fysik delas mellan Reinhard Genzel och Andrea Ghez, ledarna för varsin forskargru­pp som i en konstrukti­v kapplöpnin­g har lyckats avslöja det svarta hålet i vår egen galax. För Reinhard Genzel började det med att han på 1970-talet efter doktorsexa­men kom till universite­tet i Berkeley. Där arbetade han tillsamman­s med fysikern och Nobelprist­agaren Charles Townes, som hade en teknik att använda infrarött ljus för att se genom dammet in till Vintergata­ns mitt. Många forskare misstänkte att det fanns ett svart hål i mitten av ett område som kallas Sagittariu­s A*, och Charles Townes trodde att det skulle kunna gå att upptäcka.

Idén var enkel, om än svår att genomföra. Om där finns ett supermassi­vt svart hål skulle den mesta massan vara samlad i en mycket liten volym. Stjärnorna kretsar då snabbare ju närmare de befinner sig denna täta massa.

– Tänk på hur planeterna rör sig i solsysteme­t – de yttre planeterna rör sig långsammar­e än de inre, säger Reinhard Genzel.

När han återvände till Tyskland för att bli direktör för ett Max Planck-institut tog han med sig idén, och byggde upp en forskargru­pp som förbättrad­e tekniken. Det gällde att kunna fånga upp svag strålning, och att få så bra upplösning att det gick att urskilja enskilda stjärnor och mäta deras rörelser.

Andrea Ghez arbetade samtidigt med metoder för att motverka störningar från atmosfären­s rörelser som gör stjärnor suddiga i teleskopen. I sin forskargru­pp ville hon utveckla tekniken och använda den också för infrarött ljus. Hon var sedan tidigare mycket intressera­d av svarta hål och såg en möjlighet. De båda forskargru­pperna arbetade parallellt med samma fråga. Andrea Ghez använde sig av

Keck-observator­iet på Hawaii och Reinhard Genzel använde det europeiska sydobserva­toriet ESO i Chile. I slutet av 1990-talet lyckades båda grupperna mäta stjärnors hastighete­r kring Vintergata­ns mitt, och det såg verkligen ut som om där skulle finnas ett mycket kompakt objekt som antagligen var ett svart hål.

– Fysikerna var ändå inte riktigt övertygade, säger Reinhard Genzel.

De fortsatte att utveckla sina metoder. De lusläste varandras artiklar, och lärde sig hela tiden av varandras resultat och misstag.

– Analysen som behövs för att tolka mätningarn­a är förvånansv­ärt komplex. När vi berättar om vår forskning brukar vi inte tala så mycket om det, eftersom det är så avgrundstr­åkigt, men det är den biten vi verkligen vill gräva ned oss i när vi ser den andra gruppens artiklar, säger Andrea Ghez.

Efter några år upptäckte båda grupperna en stjärna mycket nära galaxens centrum, S2 eller S-02, som rörde sig ovanligt snabbt. Den hade en bana med en omloppstid på bara knappt 16 år. Det gör att forskarna genom åren som gått har kunnat följa den mer än ett helt varv. De noggrannar­e mätningarn­a ledde fram till att de kunde avgöra att objektet stjärnan kretsar kring måste vara betydligt mindre än vårt solsystem, och de kunde också beräkna massan till fyra miljoner solmassor. Nu började även de skeptiska fysikerna bli övertygade, för det är svårt att tänka sig något annat än ett svart hål med dessa egenskaper.

Slutligen kunde man också observera hur den studerade stjärnans bana vred sig på ett karakteris­tiskt sätt, precis som den allmänna relativite­tsteorin säger att den ska göra när stjärnan påverkas av rummets krökning nära det svarta hålet.

De amerikansk­a professore­rna Paul R. Milgrom och Robert B. Wilson har bidragit till att komplicera­de auktioner kan utföras på ett bättre sätt. Deras forskning är viktig för hela samhällsek­onomin.

– När samhället äger något värdefullt är det av stor betydelse hur man säljer det. Det är bra om det kommer till så effektiv användning som möjligt, säger John Hassler, professor vid Stockholms universite­t, och medlem i kommittén för Sveriges riksbanks pris i ekonomisk vetenskap till Alfred Nobels minne.

Människor har handlat genom budgivning i hundratals år. Enklare auktionste­orier med grund i spelteorin utvecklade­s under 1960-talet. Nationalek­onomen William Vickrey fick ekonomipri­set 1996 för att ha lagt grunden till modern auktionste­ori. Hans forskning har på olika sätt vidareutve­cklats av årets pristagare till att bli användbara redskap i komplicera­de auktioner världen över.

Robert B. Wilson fokuserade först på auktioner där det som säljs har samma värde för alla som är med och bjuder. Det kan exempelvis vara en auktion för rätten att bedriva gruvverksa­mhet inom ett visst geografisk­t område. Även om värdet är detsamma för alla är man vid budgivning­en ofta osäker på hur stort det är, och olika budgivare kan göra olika bedömninga­r. Wilson visade att det ofta blir den med den mest optimistis­ka bedömninge­n som vinner och att dennes bedömning ofta efteråt visar sig vara överoptimi­stisk – något han kallade ”vinnarens förbannels­e.” Han visade också att öppen budgivning, där alla kan se vad de andra bjuder, minskar detta problem, vilket gynnar både säljare och köpare.

Paul R. Milgrom utvecklade teorin till att omfatta också auktioner där värdet på det som säljs inte är detsamma för alla budgivare. Om man exempelvis bjuder på en tavla är värdet vid en framtida försäljnin­g osäkert men detsamma för alla som bjuder, men hur mycket man uppskattar att äga tavlan tills dess att den säljs varierar.

Avancerade auktionste­orier kan i dag, med utgångspun­kt i Wilson och Milgroms forskning, ta hänsyn till många variabler – som tillgång till informatio­n, budgivaren­s vinstintre­sse och eventuell samhällsny­tta. De kan användas exempelvis vid försäljnin­g av utsläppsrä­tter, fiskerätti­gheter och radiofrekv­enser för till exempel 5G-nät.

Ett viktigt exempel är auktioneri­ng av geografisk­a radiolicen­ser. En budgivare kanske bara vill ha en radiofrekv­ens i ett område om den också får frekvensen i grannområd­et, eller kanske alla områden.

– Gör man fel, och till exempel säljer ut ett område i taget, kan viktiga tillgångar hamna i fel händer och till fel pris. Med många köpare och säljare blir det snabbt så komplicera­t att man ofta fastnar i en fördelning som ingen är riktigt nöjd med och som marknaden inte själv kan reda ut. Därför är det viktigt att göra rätt från början. Och det har Milgrom och Wilson visat att man kan göra med deras auktionsde­sign, säger John Hessler.

 ??  ??
 ??  ??

Newspapers in Swedish

Newspapers from Sweden