Knut och Birgitta Lundmark anländer i New Yorks hamn den 20 april 1921.

Vid Lick-observatoriet på Mount Hamilton ska Knut Lundmark samla underlag och stöd för sin avhandling om nebulosor.  Det behövs, för ännu tror de flesta inte som han, att Vintergatan bara är en av flera galaxer i ett svindlande stort universum. van Maanens mätningar tyder på motsatsen men de är felaktiga, det vet Knut med orubblig säkerhet. Han måste bara bevisa det.

Arbetet vid Lick är hårt och tidskrävande – det tär inte bara på Knut utan även Birgit, som vantrivs med det okända språket, skvallret och intrigerna vid det avlägset belägna observatoriet. Efter en tid lämnar hon Lick och paret lever åtskilda, för första gången sedan giftermålet. Deras brevväxling under separationen är en fascinerande inblick bakom kulisserna till en plats och tid som skapat historia, men också ett rörande vittnesmål om något allmängiltigt: kärleken och de prövningar den utsätts för på distans.

Efter sex års äktenskap låter Knut lika förälskad, lika fylld av oro och längtan som under Uppsalatiden:

“Hvarför skriver du bara Käre vän, är jag ej ens din käraste vän? Nästa gång blir det väl B.B. och så Docenten Fil. Dr Knut Lundmark etc” skriver han till hustrun i Pasadena. “Jag tar ej detta hårdt om du snart skriver igen och i kärare tonfall. Det var därför jag frågade för någon tid sedan om du tröttnat på mig då du skref ett affärsmässigt brefkort, Bäste Knut eller något dylikt. Jag vill ej att du af plikt skall hålla fast vid mig utan det bör nog vara kärlek å ömse hållen.”

Oron över Birgits hälsa sitter också i, förstärkt av avståndet dem emellan och isolationen i Lick:

Knut till Birgit 29 september 1921, observatoriet i Lick.

”Jag ville se dig sund stark lycklig. Jag får ej. O Gud det är hårdt. När jag legat i och trott att om jag gör det så kan jag om en tid ta mot dig kry och frisk och njuta en tids lycka med dig, kanske en lång tids. Är du upprifven af nervositet och jag uttröttad blir detta väl knappast möjligt och vi få försöka med ny skilsmässa igen. Men då djäflar skall jag ordna på annat sätt om jag får tillfälle till det. Borde ha förstått detta. Jag gråter nu af vrede, besvikelse, sorg. […]

Senare.

Förlåt om jag i upprördhet användt starka ord. Jag har en så stark känsla af lifvets korthet nu. Vi få ej slösa med våra dagar. Hvarje dag ett lif. Vi måste hålla vårt förhållande som makar högt, aldrig låta det sjunka ned till trivialitet och likgiltighet. Men därför måste yttre besvärligheter om möjligt undanröjas. […]

Älskade för min skull, för vår skull tag dig åtminstone ledigt de återstående dagarna, säg att jag fodrar det.”

Under 1900-talets början ser den etablerade synen på världsrymden mycket annorlunda ut. Universums expansion är inte upptäckt, big bang-teorin ligger ett par decennier fram i tiden och Einsteins relativitetsteorier har ännu inte fått sitt stora genombrott. Universum ses av de flesta som synonymt med Vintergatan och alla celesta objekt, inklusive spiralnebulosorna, antas vara del av samma stjärnsystem.

Gasformad nebulosa, Cygnus, Yerkes observatorium © University of California, Santa Cruz. McHenry Library, Special Collections.

Denna föreställning har förstärkts vid slutet av 1910-talet genom amerikanen Harlow Shapleys studier av de s k klotformiga stjärnhoparnas avstånd. Shapleys forskning har utökat Vintergatan tiofaldigt, till en diameter på 300 000 ljusår. Detta enorma stjärnsystem sägs utgöra hela universum, men Knut Lundmark hävdar motsatsen – och helt ensam är han inte om sin uppfattning.

Vid Lick-observatoriet finns bundsförvanter, bland andra Heber Curtis. Han är en av de första som lanserat idén om spiralnebulosorna som självständiga och mycket avlägsna stjärnsystem. Curtis har lagt grunden till en metod där man använder novor, uppflammande stjärnor, som avståndsindikatorer. Genom att mäta ljusstyrkan hos en nova i en spiralnebulosa och jämföra denna med ljusstyrkan hos närbelägna novor, vars avstånd var kända genom andra metoder, kan man beräkna avståndet till spiralnebulosan.

Andromedanebulosan, Mount Wilson observatoriet 1909 © University of California, Santa Cruz. McHenry Library, Special Collections.

Knut Lundmark tar detta som utgångspunkt för att försöka bestämma avståndet till den största av alla kända nebulosor, Andromedanebulosan. Större delen av hans avhandling ägnas åt själva metoden, som han utvecklar och förfinar i en rad centrala avseenden. Med hjälp av mätdata från fyra novor i nebulosan beräknar Lundmark avståndet till 650 000 ljusår (ungefär en fjärdedel av det moderna värdet), långt utanför gränserna för även Shapleys jättegalax. Trots dessa resultat ansluter sig de flesta under 1920-talet till Shapleys teori, stödda av mätningar som tycks omkullkasta Lundmarks.

Adriaan van Maanen, Shapleys vän vid Mount Wilson, menar att spiralnebulosorna är mycket närbelägna objekt – de kan vara mindre stjärnsystem inom Vintergatan eller solsystem som håller på att bildas. Om de ligger nära borde man kunna se hur de vrider sig på bilder tagna med många års mellanrum. Från 1915 och framåt gör van Maanen om sina mätningar på den ena nebulosan efter den andra. De förskjutningar han uppmäter är mycket små, men tillräckliga för att dra slutsatsen att spiralnebulosorna roterar förhållandevis hastigt. Följaktligen måste de vara bara några hundratal ljusår i diameter och ligga på mindre än tusen ljusårs avstånd, i solens närhet.

Knut Lundmark ger sig själv uppdraget att kontrollräkna van Maanens mätningar. Det är ett nogsamt och mödosamt jobb, men frågan om spiralnebulosornas rotation är avgörande för galaxastronomins framtid. Han misstänker fel både i mättekniken och plåtarna, men yttrar sig inledningsvis försiktigt i offentliga sammanhang.

Mount Wilson: vy av 100-tums Cassegrain-teleskopet © University of California, Santa Cruz. McHenry Library, Special Collections.

Det kommer att ta flera år innan resultaten, avsevärt annorlunda än van Maanens, sprider tillräckligt tvivel för att rucka på vad som anses vara sanningen. Från Greenwich i London skriver Knut Lundmark hem till Birgit, sommaren 1924:

”…många ha tviflat men ingen vågade påpeka att kejsaren gick naken. Nu har jag dock någon vind ty äfven om jag ej helt har rätt och v.M helt orätt så är dock sanningen ej längre så enkel som man velat göra gällande.”

Knut Lundmark skriver med ett bekymrat veck i pannan. Hustruns ord om den ensamma övergivna makan hugger rakt in i hjärtat. Det är deras bröllopsdag, men schalen han köpt får vänta tills de ses igen.  Stackars Birgit är i Älvsbyn och har nog många jobbiga frågor att bemöta: om barnlösheten, hans fetma, framtiden och den skakiga ekonomin… så skakig att hon knappt tycker sig ha råd att åka till Boden ens, medan han går på fina middagar med Nobelpristagare i Cambridge. Men det kan inte hjälpas, resan är av alltför stor vikt för att undvara. Utan stöd för sina teorier, utan att resultaten sprids i de rätta kretsarna så är arbetet förgäves.

Knut till Birgit, Greenwich den 20 juli 1924.

”Säkert är att denna resa kommer att ha sin betydelse för mig, det har jag redan sett och jag har också sett en ljusglimt i denna världens mörka natt i den natt där jag knappast trott några stjärnor lyste. Som du vet blef det så att mina mätningar ej stämde med van Maanen. Därmed är det viktigaste beviset för att spiralnebulosorna icke äro vintergator undanryckt den Shapleyska-Lindbladska-van Maanenska ligan. Jag kan andas ut igen. Nu har jag hvart jag kommit visat mina resultat och alla ha hälsat den med intresse jag som en befrielse. Världen har delvis suckat under de skräckinjagande resultaten från Mount Wilson. När jag i åratal såg hur v.M:s troligen felaktiga mätningar arbetade igen återupprepade och omtuggades i väl hundratals publikationer då trodde jag att djäfvulen regerade, att rätten trampades under fötterna, att ondskan triumferade. Helt synes det dock ej varit så utan många ha tviflat men ingen vågade påpeka att kejsaren gick naken. Nu har jag dock någon vind ty äfven om jag ej helt har rätt och v.M helt orätt så är dock sanningen ej längre så enkel som man velat göra gällande. Det ligger ingen öfverdrift i om jag säger att mina resultat […] väckt rörelse och sensation här. Sir Frank reste med fotografiet till van Maanens engelske bundsförvant Jeans (en engelsk von Zeipel) som gifvit en fin matematisk teori som förklarar allt som v.M. har mätt; som är så fin att det är bara skada att ingen motsvarighet finnes i verkligheten.”

Frågan är närmare bestämt om spiralnebulosornas uppmätta radialhastigheter beror på faktiska rörelser eller på relativistiska effekter, det vi idag talar om som universums expansion. Om det senare är riktigt, menar Lundmark, så skall detta visa sig genom att mer avlägsna spiralnebulosor rör sig snabbare bort från oss än mer närbelägna. Och det är precis vad han upptäcker: ”Plotting the radial velocity against these relative distances […], we find that there may be a relation between the two quantities, although not a very definite one.” Underlaget låter inte Lundmark dra några definitiva slutsatser, men några år senare bygger Edwin Hubble vidare på bland annat Lundmarks studier. Med ett betydligt större observationsunderlag slår Hubble fast effekten som en allmän lag, Hubblelagen, och lägger samtidigt grunden till den moderna kosmologin. Hubble är inte ens med att publicera det så kallade ”Hubble-diagrammet” som Knut Lundmark inkluderar i sin artikel 1924. Knut Lundmark är alltså först med att observera universums expansion – och hans beräkningar är dessutom betydligt mer exakta än de som Hubble kom fram till.

Knut Lundmark beklagar sig inte över att Hubble får all ära för upptäckten – tvärtom gläds han, för nu är forskarvärlden övertygad om detsamma som han själv. Mindre angenämt är att Hubble ett par år senare anklagar Lundmark för plagiat. Bägge arbetar med katalogisering av galaxer och är oundvikligen inne på samma spår. Men återigen är det Knut Lundmark som är först och det kan han tydligt bevisa.

Mörk materia

Den schweiziske astronomen Fritz Zwicky brukar räknas som den som upptäckte förekomsten av mörk materia. År 1933 studerade han galaxhopar och räknade ut att det behövdes många gånger mer materia för att hålla ihop dem än vad astronomerna såg. Men den upptäckten hade Knut Lundmark redan gjort.

Lars Bergström, professor vid Oskar Klein-centret för kosmopartikelfysik vid Stockholms universitet hittade en bortglömd artikel av Knut Lundmark med hjälp av några kolleger i Lund. Artikeln är skriven på tyska och publicerades 1930 i en jubileumsskrift för Tysklands astronomiska sällskap. Där rapporterar Lundmark om överraskande resultat när han mätt upp galaxernas rörelser. Han drar slutsatsen att de måste innehålla stora mängder av något som han kallar ”dunkle Materie”.

“Han gjorde precis som vi gör nu. Han mätte ljuset från galaxerna för att få fram hur mycket lysande materia de innehåller. För att uppskatta den totala massan använde han mätningar av galaxernas rotation – inte olikt de undersökningar mer än 40 år senare som den amerikanska astronomen Vera Rubin blivit berömd för“, säger Lars Bergström i en artikel i DN 5 maj 2015 av Maria Gunther Axelsson.

Vad den mörka materien egentligen består av fortfarande ett mysterium, men varför Knut Lundmarks upptäckt glömts bort kan ha sin förklaring i att han hade fullt upp med att katalogisera galaxer, ett arbete han själv ansåg viktigare. Zwicky fick äran, utan protester från Lundmark själv som ofta var mycket stöttande mot yngre forskare.