Mysteriet om det forsvundne lys: Nobelpristagers forudsigelse holdt stik

For næsten 100 år siden opdagede den kvindelige amerikanske astronom Mary Lea Heger et uforklarligt fænomen i et gasfyldt område mellem stjernerne i Mælkevejen.

Når hun kiggede på lys, som bevægede sig ind gennem området, kunne hun se, at bestemte dele af lyset forsvandt sporløst gang på gang. Men hvad var det, der stjal lyset? Det kunne ingen komme med en god forklaring på.

»Det har været et mysterium siden 1919. Og siden min karriere startede, har det været det vigtigste mysterium for mig. Men nu ser det ud til at være løst,« siger den engelske kemiker og nobelprismodtager Harry Kroto til Videnskab.dk.

I en ny undersøgelse har schweiziske forskere ifølge det videnskabelige tidsskrift Nature tilvejebragt »de første utvetydige beviser« for, at molekyler kendt som ’buckyballs’ er skyldige i at ’stjæle’ lys ude mellem stjernerne i Mælkevejen.

Nobelprismodtager: Jeg er meget glad

Dermed falder den nye undersøgelse i tråd med forudsigelser, som Harry Kroto gjorde helt tilbage i 1980’erne.

»Det er, hvad jeg forudså. Så jeg er meget glad,« konstaterer den 75-årige Kroto, som ikke har været med til at lave den nye undersøgelse.

Tyveriet af lys mellem stjernerne kaldes mere korrekt for ’diffuse interstellare bånd’. Siden Mary Lea Hegers første opdagelse af dem i 1919 er utallige udgaver af diffuse interstellare bånd blevet opdaget forskellige steder mellem stjernerne i Mælkevejen.

»Når lys fra fjerne stjerner og galakser rejser ind gennem det interstellare medium (området mellem stjernerne, red.) bliver noget af lyset absorberet af støv og gas. Men der er nogle bestemte bølgelængder af lyset, hvor rigtig meget information bliver snuppet – den absorption er kendt som diffuse interstellare bånd,« siger Anja C. Andersen, som er lektor ved Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet.

Hun forklarer, at de interstellare bånd kaldes for ’diffuse’, fordi de langt fra optræder ens alle steder i himmelrummet.

»Det er forskelligt, hvilke bølgelængder af lyset, der bliver fjernet, alt afhængig af hvilken retning man kigger ud i rummet. Så kigger man den ene vej, mangler der noget lys – kigger man den anden vej, mangler der noget andet lys. Så mysteriet har været, hvad der giver anledning til, at lyset mangler,« forklarer Anja C. Andersen, som selv har forsket i diffuse interstellare bånd, men ikke været en del af den nye undersøgelse.

Første utvetydige identifikation af lystyven

I undersøgelsen har de schweiziske forskere lavet eksperimenter, som viser, at positivt ladede udgaver af ’buckyballs’-molekyler er ansvarlige for at skabe to af de diffuse interstellare bånd – ’buckyball’-molekylerne absorberer nemlig lyset i de bølgelængder, som mangler ved netop disse to bånd.

»Det er den første utvetydige identifikation af to diffuse interstellare bånd. De diffuse interstellare bånd har været kendt i mere end 90 år, og i øjeblikket er der registreret omkring 400 af dem i litteraturen. Men indtil nu har det ikke været muligt at identificere nogen af dem,« siger den schweiziske professor John P.Maier, som er en af forskerne bag den nye undersøgelse.

’Buckyballs’-molekyler er opbygget af 60 kulstofatomer (C60), og deres eksistens blev oprindeligt opdaget af Harry Kroto og hans kolleger i 1985 – en opdagelse, som senere gav dem nobelprisen.

Allerede ved opdagelsen af ’buckyballs’ diskuterede en række forskere, om de nyfundne molekyler kunne eksistere ude mellem stjernerne – i det interstellare medium – og give anledning til diffuse interstellare bånd. Men indledende undersøgelser pegede snart på, at det tilsyneladende ikke kunne være tilfældet, husker John Paul Maier.

Harry Kroto forudså, hvem lystyven var

Harry Kroto foreslog imidlertid, at det måske ikke var neutrale former for ’buckyballs’ (C60), der fløj rundt ude mellem stjernerne, men derimod positivt ladede buckyballs-molekyler kaldet C60+.

»Kort tid efter opdagelsen af C60 skrev Harry Kroto i en række artikler – første gang i 1987 – at i det interstellare medium kunne C60 meget vel eksistere som C60+ snarere end i den neutrale form,« skriver John Paul Maier i en e-mail til Videnskab.dk.

Harry Krotos ideer fik nu John Paul Maier og hans kolleger til at kaste sig over eksperimenter i deres laboratorium i Basel. De ville se, om de kunne måle hvilke bølgelængder af lyset, som buckyball-molekylet C60+ kunne absorbere.

Det var et svært forsøg, men det lykkedes i 1993 – men dengang var eksperimentet ikke præcist nok til at bevise, at C60+ kunne være årsag til diffuse interstellare bånd. Et af problemerne ved forsøget var ifølge John Paul Maier, at C60+ ikke var på gasform i laboratorieforsøget, sådan som molekylet ville være ude mellem stjernerne. Det var derimod på fast form og sad sammen med neon i et såkaldt neon matrix.

Opdagelse mellem stjerner passede med eksperiment

Men selvom laboratoriemålingerne af C60+ ikke var helt perfekte i 1993, så passede de alligevel virkelig godt sammen med to nye former for diffuse interstellare bånd, som blev opdaget året efter af to hollandske forskere.

De bølgelængder af lyset, som C60+ absorberede i laboratorieeksperimenterne, svarede næsten fuldstændigt til de samme bølgelængder, som blev absorberet, i de to nyfundne diffuse interstellare bånd. De to hollandske forskere – Foing og Ehrenfreund – foreslog derfor, at det var C60+, som var ophav til de to diffuse interstellare bånd, de havde opdaget.

Der var imidlertid ikke tale om et endegyldigt bevis, og derfor kastede John Paul Maier og hans kolleger sig over at forbedre forsøget midt i 1990’erne. Forskerne ville se, om ikke det kunne lykkes at måle, hvilke lysbølgelængder C60+ absorberede, når det var på gasform ved helt lave temperaturer.

»Det tog 20 år, og vores artikel i Nature fortæller, hvordan det lykkedes at gøre dette, og hvordan laboratorieforsøgene beviser, at det rent faktisk er C60+, som er skyld i de to interstellare bånd,« fortæller John Paul Maier.

Dansk forsker: Imponerende eksperiment

På Københavns Universitet fortæller Anja C. Andersen, at det netop er laboratorieeksperimentet, som er det imponerende i den nye undersøgelse.

»I virkeligheden bekræfter forsøget de teorier om diffuse interstellare bånd, som vi havde i forvejen – så det er ikke så overraskende. Det virkelig store er, at det er lykkedes at lave så svært et eksperiment. For det første foregår forsøget ved 5 kelvin (-268 graders Celcius, red.) og det i sig selv er ikke trivielt.«

»Samtidig er det vildt, at de kan måle med så stor nøjagtighed. De holder gassen så tynd, at de kun kigger på få molekyler ad gangen. Det er man nødt til, for at molekylerne ikke støder sammen og for at illudere forholdene ude mellem stjernerne, hvor der kan være store afstande imellem molekylerne,« fortæller Anja C. Andersen og tilføjer:

»Og deres resultater passer perfekt med, at det er C60+, som giver ophav til de to diffuse interstellare bånd. Det passer både med lysets bølgelængde og med bredden af linjen.«

Mysteriet ikke fuldstændig løst

Anja C. Andersen påpeger dog, at hele mysteriet om diffuse interstellare bånd endnu ikke er løst med den nye undersøgelse – nu kender vi ophavet til to bånd, men vi mangler stadig, at finde ud af, hvad der skaber resten af de flere hundrede forskellige diffuse interstellare bånd.

Harry Kroto mener imidlertid, at ophavet til de resterende diffuse interstellare bånd formentlig vil være molekyler, som minder om buckyball-molekylet C60+.

»Der er stadig andre diffuse interstellare bånd derude, men jeg tror, at de er relaterede (til C60+, red.),« siger nobelprismodtager Harry Kroto.

Samme melding kommer fra John Paul Maier i Basel.

»Det næste skridt i undersøgelserne er at konstatere, om mange andre diffuse interstellare bånd er direkte relateret til C60+ derivater (stoffer afledt af C60+, red.), såsom dem med metaller og andre elementer. Dette blev allerede foreslået af Harry Kroto kort efter opdagelsen af C60. De eksperimentelle målinger i laboratoriet er imidlertid meget udfordrende – det tog trods alt 20 år bare for at få disse data på C60+,« siger John Paul Maier og tilføjer:

»Det vil sandsynligvis være den næste generation af forskere, som skal lave de videre eksperimenter. Jeg bliver professor emeritus (stilling for pensionerede professorer, red.) engang næste år, så det er ikke lang tid, jeg har, til at kaste mig over så fascinerende problemer. Der er brug for endnu et liv.«