Eg ligg under sofabordet på eit mjukt, svart teppe. Den låge sola skin gjennom glaset, og solstrålane varmar sjela mi. Eg, studenten, les ei bok om korleis stjerner blir fødde og døyr. Det endra livet mitt for alltid. No må du halda deg fast, så skal du få vera med på same reisa. Kva var det eg lærte?

At eg er laga av stoff som vart danna i det indre av stjerner som kollapsar og døyr. Du og eg er bokstaveleg talt radioaktivt avfall sette saman av stjernestøv.

Når ei stjerne er ung og vital, omset ho hydrogen til helium, som gjev mykje energi og hindrar at stjerna kollapsar på grunn av tyngdekrafta. Når hydrogenet er brukt opp, fell stjerna saman, og trykk og temperatur aukar, slik at det kan dannast tyngre grunnstoff.

Først ut er beryllium, men det er særs ustabilt, med ei halveringstid på 8,2 E-17 sekund. Halveringstid er den tida det tek å halvera eit stoff. Skal ein koma vidare, må temperatur og tettleik vera ekstremt høge, slik at ein får stabil produksjon av beryllium. Klarar beryllium å fanga inn ein heliumkjerne, alfapartikkel, kan ein laga karbon. Problemet er berre at ei slik samansmelting er så lite sannsynleg at det ikkje kan forklara mengda karbon me har i universet.

Den grunnleggjande byggjesteinen for alt liv er jo karbon. Både du og eg er fylte til randa med karbon. I DNA-et og i alle cellene våre. Det må difor vera ein prosess som gjev tilstrekkeleg med karbon i universet.

Ein slik prosess føreslo fysikaren Fred Hoyle. Han sa at beryllium fangar inn heliumkjernar slik at det vert til karbon, ved å gå til ein høgare energitilstand først og så ramla ned til energitilstanden til stabilt karbon. At dette var mogleg, vart seinare stadfesta med eksperiment i laboratorium. Hoyle-prosessen påverkar danninga av alle tyngre grunnstoff. Utan den hadde det vore lite karbon, men store mengder oksygen. Kva skal ein med oksygen når det ikkje finst noko liv som kan pusta?

Store døyande stjerner gjev oss alle grunnstoff opp til jarn. Tyngre stoff kan ein ikkje få laga med samansmeltingsprosessar. Korleis vert slike stoff til? Ved å fanga inn nøytron og byggja seg tyngre. Nøytron er nøytrale og kan lett trengja inn i atomkjernar, men nøytron har ei halveringstid på 10 minutt, så ein treng mange av dei, eller ein må ha god tid. I store raude kjempestjerner kan ein få til ein langsam produksjon av tyngre grunnstoff.

Prov på at slike prosessar har skjedd, fekk ein i 1952 då ein analyserte ljoset frå raude kjemper og fann spektrallinjer, fingeravtrykka til atoma, frå technetium, som er eit tungt grunnstoff.

Er det mogleg å danna tyngre grunnstoff raskt ved å ha mange nøytron? Kvar kan ein ha det? I stjerneeksplosjonar? I kolliderande massive nøytronstjerner? I 2017 fekk me eit svar med Ligo-eksperimentet (The Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) «når nøytronstjerner kolliderer».

Korleis kan ein vita at nøytronstjerner kolliderer? Vel, prosessen er så formidabel at han gjev skjelv i tid-rommet. Eg hugsar at far min, som var ein klok mann, sa at eg burde velja eit yrke som var i motfase. Han vart nok litt forvirra då eg tok han på ordet og valde å studera gravitasjonsbylgjer.

Fordelen er at eg no førti år etter kan forstå kor grensesprengande målinga i 2017 var. I USA og Italia var det til saman tre instrument som målte gravitasjonsbylgjer frå to kolliderande nøytronstjerner. Måleutstyret er interferometer som måler faseforskjell mellom sterkt laserljos på kryss og tvers av ei innkomande bylgje. Denne faseforskjellen kjem av skjelv i tid-rommet.

Sidan gravitasjonsbylgjer berre gjev små skjelv i storleiksordenen 1 E-19 meter, må interferometera være om lag 4 kilometer lange. Ved å måla på fleire stader på jorda samstundes kan ein finna ut kva for himmelretning bylgja kjem frå.

All verdas teleskop vart retta mot punktet gravitasjonsbylgja kom frå, etter at ein hadde målt bylgja. Ein observerte at det vart laga om lag ein halv solmasse med tyngre grunnstoff ved at nøytron vart fanga inn i løpet av nokre sekund. Korleis kunne ein vera sikker på det? Vel, dei fleste av dei tyngre grunnstoffa som vart laga, er ustabile og når dei ramlar ned og vert stabile stoff, sender dei ut ljos som kan fortelja kva slags stabile stoff som vert danna.

Utan Hoyle-prosessen hadde me ikkje eksistert og heller ikkje kunna observera. Verda er antropisk, laga for oss. Ein kan verta religiøs av mindre.

Per Thorvaldsen

per.eilif.thorvaldsen@hvl.no