Ur mörker är vi komna

Några torra buskar kommer flygande i den friska vinden, i övrigt är det helt stilla i halvöknen Karoo. Här hörs inga ljud från civilisationen. Vidderna nordöst om Kapstaden i Sydafrika är lika stora som Sverige, men rymmer inte mer än enstaka små samhällen och fårfarmer. Landskapet har varit istäckt, sedan en gigantisk bassäng. Nu sträcker sig helt öde, torra slätter i brunt ut sig så långt ögat kan nå. Ljust gulbrunt damm flyger i luften, mörkare sandkorn i hettan på marken. Bergen glöder rödbruna när solen sänks av jordens rörelser i universum. När mörkret tar över och Karoos färger långsamt försvinner och allt blir svart.

Att ligga i sanden en natt och titta upp är en obeskrivlig upplevelse. Det är då lätt att förstå varför man vill placera teleskop i Karoo, här finns inget som stör. Vintergatan hänger som en vit scarf i himlavalvet och överallt syns fler stjärnor än från andra platser. Stjärnorna känns så nära att de verkar ge skuggor.

Hur kan det komma sig att hela vårt universum en gång saknade ljuspunkter, att himlen en gång var lika svart som mörkret i Karoo nere på jorden? Vad fanns i det svarta? Den hemliga mörka energin som fortfarande styr galaxernas rörelser? The Dark Side of the Force? Tiden efter Big Bang kallar i alla fall forskarna just så – The Dark Age.

När Big Bang hade expanderat universum från en oändligt hög densitet där varken tid eller rum fanns, och de fyra krafterna gravitation, elektromagnetism samt stark och svag kärnkraft alla var lika, hände nämligen något. Universum skapades.

Tvärtemot vad många tror var inte Big Bang en ljusexplosion. I många hundra miljoner år låg allting i totalt mörker efter Big Bang. Så långt är kosmologerna överens.

– Ungefär tre minuter efter Big Bang fanns det bara väte och helium, och efter det startade »Den mörka tiden«, förklarar Benne Holwerda, holländsk doktor i astronomi.

Ur detta hav av svärta skapades sedan allt som vi känner till – och allt det vi inte vet något om – i universum. Hur gick det till?

Det är det som nya teleskop här i halvöknen ska besvara. 3 000 samkörda teleskop som kan titta tillbaka i tiden och berätta hur stjärnor, planeter och galaxer föddes. Och kanske ge svar på frågan som människan alltid har ställt sig, den om hur livet kom till.

Paradoxalt nog står just nu bara en mänsklig tvist i vägen. En dragkamp mellan Sydafrika och Australien om själva teleskopens placering. En kamp som är långt ifrån avgjord.

Professor Roy Booth har grått hår och rödsprängt ansikte. Han är walesare men jobbade under flera decennier som chef för rymdobservatoriet i Onsala i Sverige och fick efter pensionen ett erbjudande från Sydafrika om att delta i landets satsning i Karoo. Med vänlig röst förklarar han i frukostmatsalen på sitt enkla hotell i förorten Pinelands utanför Kapstaden hur allt hänger ihop. Eller hur man tror att det hänger ihop.

– Vi vet nästan ingenting om hur stjärnorna egentligen formerades då. Det här är en dröm för många kosmologer, alla vill kunna gå tillbaka till den allra första tiden av universum, just efter Big Bang.

Själva teorin om Big Bang skapades 1922 när den sovjetiska matematikern Alexsandr Fridman försökte förklara Einsteins relativitetsteori genom att tillämpa den på universums utvidgning. Ironiskt nog var det engelsmannen Fred Hoyle, som inte trodde på teorin, som gav namn åt den två decennier senare.

Först 1998 myntade astronomen Martin Rees uttrycket »Dark Ages«. Han räknas som den främste i världen när det gäller den sista perioden av den »Den mörka tiden« och när de första stjärnorna började glimma.

I dag är Fridmans grundsatser brett vedertagna. Universum, tror forskarna, började genom en snabb och enorm expansion och därefter skapades de enklaste atomkärnorna – väte och helium. När moln av materia så småningom drogs samman av gravitationskraften bildades stjärnor. Galaxerna i sin tur blev till av stjärnor, gas och rymdstoft.

Det fascinerande med »Den mörka tiden« är att den just var svart. Forskarna kan bara gissa sig till vad som har pågått under den.

Genom förfinade observationer har tidsperioden krympt. Först talade man om att den var 3 miljarder år gammal, nu är det fortfarande ett evigt mörker mellan 150 miljoner och 600 miljoner år efter Big Bang.

Men det stora framsteget hoppas man nu ta med radioteleskop. De ger inte lika fina bilder som de optiska teleskopen, men kan å andra sidan se i mörker. De optiska teleskopen bygger ju på att speglar fångar in ljus, medan radioteleskopen skapar en bild genom att mäta radiovågor.

Det enda som egentligen finns dokumenterat från tiden efter just Big Bang är vad Nasas rymdsonder och satelliter har hämtat in. Världens största teleskop, GTC, står på Kanarieöarna och har en spegeldiameter av 10,4 meter. Rymdteleskopet Hubble, som svävar i en omloppsbana runt jorden, bygger på samma teknik. Problemet med dessa så kallade optiska teleskop är att de inte kan observera gas.

Projektet i Karoo däremot, som kallas SKA (Square Kilometre Array), ska bestå av radioteleskop som kan fånga de viktiga väteatomerna i deras så kallade upphetsade tillstånd och den process som gör att protonen spinner och ändrar elektronens riktning vid kollisioner. Denna förändring ger nämligen en radiosignal som ligger på en frekvens om 21 centimeters våglängd och det är den vi mäter, förklarar professor Booth.

Han berättar så engagerat om upphetsade väteatomer och hur universum startade med »Den mörka tiden« att han spiller ut kaffe på frukostbordet.

– Med SKA har vi en chans att gå långt tillbaka i tiden. Det är ju många molekyler där ute men deras utstrålning är väldigt svag, med ett så här känsligt instrument kan vi studera dem.

Alldeles nyligen publicerades rymdsonden WMAP:s sju års mätningar av bakgrundsstrålning från Big Bang. Den kartbilden härrör sig från cirka 380 000 år efter »Den stora smällen«. Men då var det fortfarande bara gas och kolmörkt, lika mörkt var det när de första stjärnorna bildades 400 miljoner år efter Big Bang.

Det närmaste man kommit en bild av när stjärnorna skapas är datorsimuleringar, det så kallade »Millenium Simulation«. I en dator i tyska Garching simulerade man processen med en massa, motsvarande en miljard gånger vår sols vikt.

Nytagna bilder från Hubble-teleskopet visar också hur stjärnor bildas ungefär 600–800 miljoner år efter Big Bang. Men Hubble kan ju just bara se ögonblicken efter att stjärnorna har blivit till, inte hur det såg ut under själva tillblivelsen, då det var mörkt.

Som den professor Roy Booth är hoppar han i samtalet mellan upphetsade väteatomer och vattenläckan hemma i Onsala. Han har fortfarande kvar huset i Sverige. Det är förstås en stor skillnad att få vara med och bygga radioteleskop i det öde Karoo mot hur det var att jobba i Onsala. Radioteleskopen är enormt känsliga för främmande radiovågor. Ett SKA blir 100 gånger mer känsligt än de främsta radioteleskopen av i dag.

– I Onsala hade vi till och med problem med radiovågor som reflekterade mot vingarna på ett vindkraftverk och studsade mot fönstren på fartyg som passerade. Dessa oregelbundna radiovågor kunde tolkas som astronomiska upptäckter. I Karoo kan det vara fårfarmarnas kortvågsradio som ställer till störande problem, men man skulle kunna byta dem mot den frekvens som satelliterna använder.

Det är bland annat om detta – vilket land som kan erbjuda den radiosvagaste platsen – som Sydafrika och Australien kämpar.

Några svalor har hittat en ny bostad, enorma vita paraboler har vuxit upp bakom Losberg Mountains i Karoo och nu bygger fåglarna bo där. Platschefen Dawie Fourie river sig i håret, de där fågelbona kan bli problem. Ännu värre är det om flockar av sociala vävarfåglar slår bo, Karoo är fullt av elstolpar som begravts i fågelbon som kan väga hundratals kilon upp till ton.

– Vi måste hela tiden se till att de inte får fäste, parabolerna ska fånga radiovågorna och måste kunna röra sig fritt.

Den här dagen står de parkerade med skålarna riktade rätt upp, det har precis dragits fram specialgjorda elledningar som ska kopplas in, ledningar som ger ifrån sig minimal strålning. Dawie Fourie tittar upp mot de sju parabolerna som är på plats.

Sydafrika har redan byggt en miniprototyp till SKA, av de sju parabolerna som kallas KAT-7 är redan fyra provkörda tillsammans och man har fått fram bilder från långväga delar av universum. Men det finns också ytterligare ett steg på vägen mot SKA. I dagarna har Sydafrika beslutat om den slutgiltiga layouten av något man kallar MeerKAT, som kommer bli världens främsta radioteleskop, tills SKA är klart.

MeerKAT ska förhoppningsvis vara i drift år 2015 och kommer bestå av 63 radioteleskop. Med dem kommer man att kunna gå tillbaka halvvägs mot Big Bang, men framför allt kan man visa att man klarar av att genomföra ett framtida SKA.

Vem som än får bygga SKA kommer att sitta med världshistoriens största forskningssatsning. 3 000 radioteleskop ska konstrueras och sättas upp. Det är enorma investeringar.

Om Sydafrika vinner hamnar merparten av teleskopen nära Losberg i Karoo, spridda på en yta som har en diameter på fem kilometer. Resten kommer att sättas upp runt om i Afrika. Från Ghana och Kenya i norr till Mauritius och Madagaskar i öster och flera andra länder.

Teleskopen ska kopplas samman med fiberkabel och röra sig unisont. Det kommer att påminna om Sydafrikas jättelika solrosfält. Över en dag vrider sig solrosornas blommor så att de hela tiden är riktade mot solljuset.

– Den datatrafik som flödar genom SKA kommer att bli 250 gånger större än världens totala datatrafik av i dag, vi kommer verkligen tänja på gränserna. Det här är den enskilt största vetenskapliga satsningen någonsin, minst lika stor som kampen om att ta sig till månen, säger Bernie Fanaroff.

Han är en välkänd radioastronom men också gammal politisk aktivist mot apart­heid. Under en tid fungerade han som vice stabschef för president Nelson Mandela. I dag går kampen ut på att få SKA till Afrika.

Det är nästan oöverskådligt vad som kan följa med SKA när det gäller universums utforskande, men minst lika stora kan konsekvenserna för halva Afrika bli. Man förstår sprängkraften om fiberkabeln också delar med sig bandbredd till civila ändamål. Afrika är en kontinent som ropar efter elektronisk gemenskap med övriga världen.

– SKA skulle innebära enormt mycket för Afrikas utveckling, och vi funderar nu på hur man kan få in projektet som bistånd. Detta forskningsprojekt kan verkligen utveckla kontinenten.

Någon gång nästa år kommer det ett beslut med en rekommendation för antingen Sydafrika eller Australien. Sedan väntar man att det slutgiltiga beslutet tas under 2012. Kampen kan liknas vid den att bli värd för ett OS.

– Men vi vet inte vem som kommer att fatta beslutet. Vi ser helst att det blir det astronomiska samfundet, men det kan också bli G20. Och det gäller att man får tillräckligt med bidragsgivare, den första kalkylen låg på 1,5 miljarder euro, men det blir troligen dyrare.

Afrikas stora nackdel är omvärldens uppfattning om problemen på kontinenten. Även om Afrikanska Unionen jobbar hårt för att man ska få de tusentals radioteleskopen så kan man inte bortse från alla politiska oroshärdar i regionen. Faktumet att Sydafrika måste blanda in en massa olika länder hjälper inte till deras fördel.

– Men vi visade alla kritiker att vi klarade av fotbolls-VM. Nu har vi byggt KAT-7 och snart bygger vi MeerKAT, säger Bernie Fanaroff.

Man har nyligen genomfört strålmätningar på de tilltänkta SKA-platserna i både västra Australien och Sydafrika. En slags strålning var värre i Australien, men i Karoo var det mer VHF-strålning, som kommer från de närliggande fårfarmerna.

En enda mobiltelefon skulle ha förödande påverkan om den fanns i närheten under pågående observation. Dawie Fourie visar en specialbyggd container med ett rostfritt extraskal som ska hålla strålningen från all elektronik inne i conteinern.

Han hoppas att fårfarmare kan köpas ut eller gå över från kommunikationsradio till fiberkabel.

– De skulle få den snabbaste uppkopplingen i hela landet, ler han.

Om Losberg och jättedatorn är hjärtpumpen i ett afrikanskt SKA-projekt så kommer pulsådern, eller fiberkabeln, löpa de många milen till hjärnan i Kapstaden. Allt ska fjärrstyras därifrån.

Här kommer superdatorns bearbetade information slutligen att hamna hos världens astronomer som antas samlas runt bildskärmarna. Det kan vara i det kontrollrummet som man allra första gången kommer att se hur universum gick från gaser till planeter och galaxer. Och kanske blir det här som man hittar liv någon annanstans i universum – även om det är några miljarder år bort. På det nuvarande enkla SKA-kontoret i Pinelands ställer en inplastad poster med orange bokstäver just den tyngsta av frågor: »Are We Alone in the Universe?«

Ekosystemet i Karoo lever alltid på gränsen till det omöjliga. Nu väntar man desperat på regn och fårfarmarna har fått minska sina besättningar. När regnet väl kommer exploderar vidderna i färger, likt en supernova i universum färgsätter blommor och den gnistrande blåa himmelen allt det bruna. Här dyker blommor upp som inte finns någon annanstans i världen. Allt grönskar och öknen får liv.

Den som vill studera rymdens tillkomst har också ett intresse för frågan om det finns ett annat liv i universum. För Roy Booth är det kanske den mest spännande frågan. I hans värld låg ju inte någon gud bakom livets skapelse utan snarare en kemisk process – precis som när Karoo blomstrar. Enkla celler som bildade molekyler som bands till varandra.

– Det finns en väldigt god chans att liv har formats i rymden mellan olika stjärnor eller på stjärnor och som nu finns på andra platser i universum. Jag har faktiskt inga tvivel om att det finns andra planeter med liv på. Många är ju nöjda med att ha en gudomlig varelse som formade Adam och Eva, det är förstås en trevlig story. Men för oss forskare är det viktigt att veta vad som verkligen hände när liv blev till, säger Roy Booth.

Frågan om annat liv i universum är en väldig känslig sak, många astronomer vill inte tala om det eftersom det är så laddat. Sedan beror det förstås på hur långt bort och för hur länge sedan man finner liv. Om någon fyra miljarder ljusår bort skulle titta på jorden i denna stund kanske de skulle se hur kometerna träffar jordskorpan – som med sin barlast antas ha gett jorden dess liv – men sedan är det ju långt till oceaner, skogar och homo sapiens.

Det allra mest spännande i hela diskussionen om livets och universums tillkomst är det mörker som fortfarande omger forskningen. Det finns en slags mörk treenighet som kosmologer och astronomer kämpar med att förstå sig på.

Först och främst är det vad som hände under »Den mörka tiden«. Även om vetenskapen bara nyligen började betrakta den som ett faktum så har något som liknar den tagits upp tidigare, i olika religiösa tolkningar.

Koranen talar om att himlarna och jorden utgjorde en enda, sammanhållen massa. Förre påven Paulus II trodde att Big Bang har inträffat, men alla religioner blandar förstås in en gudomlig kraft, alla utom buddhismen.

Det existentiella momentet förstärks av de två andra mörkheterna: Mörk materia respektive Mörk Energi.

Materian kan forskarna ana sig till vad det är. En slags tung danspartner i svart som håller de lysande galaxerna och stjärnorna i spinn. Den mörka materian kan man mäta indirekt genom att man vet att den måste finnas för att de synliga galaxerna och stjärnorna ska kunna bete sig som de gör.

Men den största gåtan av dem alla är Mörk energi. Det är den oförklarliga energi som antagligen står för, och hela tiden har stått för, universums expansion. Den är helt omätbar, ja faktiskt obeskrivbar, den bara finns – nästan som ett religöst töcken.

Alltsedan forskarna slog fast att expansionstakten i universum plötsligt började öka för fem miljarder år sedan har man sökt en förklaring, utan att ha lyckats bevisa den. Till och med Einsteins teorier kom på skam. I det vad som får liknas vid desperation fick den samlade forskarkåren bestämma sig för att det finns en så kallad fuskfaktor, som döptes till mörk energi.

Eftersom man vet att det synliga universums massa är cirka 5 procent, och har kunnat lista ut att mörk materia är 23 procent så återstår 72 procent till den mörka energin. I dag kallar man den också antigravitation, den kraft som hela tiden utvidgar, och tänker på den som ett slags universums drivkraft, dess motor.

Men när det gäller dessa två mörkheter så gissar forskarna fortfarande mycket. Man kan helt enkelt säga att universum består av 95 procent hypoteser.

Benne Holwerda är den unge astronomen som har många drömmar och lika stora ambitioner och förklarar de kosmologiska teorierna som han och hans kollegor diskuterar.

– En teori om hur universum bildats är att mörk materia har förflyttat sig och bildat klumpar, och normal gas har kondenserats till materia. Lite symboliskt kan man beskriva det som två danspartners. Gasen – atomerna – är en glänsande lysande kvinna som dansar med en helt mörklädd danspartner. De är omslingrade och dansar runt, förbundna av gravitation.

Han är 33 år och hoppas kunna se processen när galaxerna bildas innan han går i pension. Radioastronomin kan ge nya svar.

På senare tid har universums expansionstakt ökat, vilket har fått ännu fler frågetecken att hopa sig. Inte så konstigt att Benne Holwerda både låter hoppfull och frustrerad.

– Vad fan är det som gör att universum skjuts isär? Det är den mörka energin så långt kan vi svara. Men vi vet ju inte hur. När man funderar på universums utvidgning så måste man ju ställa frågan vad det är som håller utvidgningen levande, vad det är som föder den.

Mörk energi i »Den mörka tiden«, lätt att förstå fascinationen. När man ligger med ryggen mot sanden i öknen i Karoo om natten och tittar upp mot stjärnhimlen förstår man också något mer om forskarnas nya möjligheter. Den bit av rymden som Benne Holwerda vill titta in i är inte större än månens skiva. Men området är koncentrerat och teleskopen kan föra honom till fjärran tider i en galax långt härifrån.

– Jag hoppas få observationstid nu med MeerKAT på 5 000 timmar. I ett område några miljarder år bort.

Klicka på bilden för att förstora.