Our website does not support Internet Explorer.

To get the best experience on our website and of our content, please use a more modern browser like Edge, Chrome, Safari or similar.

Universet er blevet pilskævt

Én ting har astronomerne længe været enige om: Universet er ens og udvider sig lige hurtigt i alle retninger. Men nye målinger tyder på, at nogle områder af rummet udvider sig hurtigere end andre, og dermed skal hele vores forståelse af universet måske revideres.

Claus Lunau

Tænk på det nyfødte univers som en lille, kuglerund rosinbolle. Rosinerne repræsenterer sædekornene til galaksehobene, og de er jævnt fordelt i hele dejen.

Under den efterfølgende hævning udvider den kosmiske dej sig med præcis samme hastighed overalt. Og rosinerne, der nu er blevet til store galaksehobe, flygter væk fra hinanden i alle retninger. Men de er stadig ligeligt fordelt i bollen.

Scenariet beskriver den standardmodel, der er grundlaget for kosmologien, men nu har astronomer ved hjælp af rumteleskoperne XMM-Newton og Chandra X-ray Observatory fundet stærke tegn på, at dejen i virkeligheden hæver ujævnt.

Med andre ord fjerner galaksehobene sig ikke fra hinanden med samme hastighed overalt og er ikke jævnt fordelt i universet.

Opdagelsen truer med at vælte de to søjler, som kosmologien hviler på: at rummet udvider sig præcis lige hurtigt i alle retninger, og at mængden af galaksehobe er ens overalt, når universet observeres i tilstrækkelig stor skala.

Målinger tyder på, at elektromagnetismen er stærkere på den sydlige himmelkugle end på den nordlige. Universet har tilsyneladende en magnetisk nord-syd-pol.

© Shutterstock

Som om det ikke var nok, er en tredje af fysikkens fundamentale antagelser – at naturkræfterne har præcis samme styrke i hele universet – nu også begyndt at vakle.

Ved at observere lyset fra fjerne kæmpegalakser, de såkaldte kvasarer, har australske astronomer fundet mulige tegn på, at den elektromagne­tiske kraft varierer. Dermed risikerer fundamentet for alt, hvad vi ved om universet, at falde sammen.

Eksplosion satte udvidelsen i gang

Den moderne kosmologi blev født i 1929, da den amerikanske astronom Edwin Hubble opdagede, at universet ikke var stillestående, som man hidtil havde ment, men udvidede sig i alle retninger.

Og jo længere væk fra Mælkevejen en fremmed galakse var, jo hurtigere flygtede den videre ud gennem rummet. Den erkendelse førte til udviklingen af big bang-teorien, der siger, at al masse og energi i universet oprindeligt var koncentreret i et ufattelig lille punkt, som eksploderede og startede rummets fortløbende udvidelse.

Big bang-teorien er stadig kosmologiens fundament, og i dag er der bred enighed om, at ureksplosionen fandt sted for 13,8 milliarder år siden.

Universet vokser skævt

Galaksehobene fjerner sig ikke lige hurtigt overalt, viser nye røntgenmålinger, og det sætter spørgsmålstegn ved, om hele universet udvider sig med den samme hastighed. Måske er den mystiske frastødende kraft, mørk energi, ikke ens i hele universet.

I 1970’erne viste observationer, at fordelingen af masse i form af lysende galaksehobe er ensartet overalt i universet, uanset hvilken retning astronomerne vender deres teleskoper i.

Hvis udvidelsen var foregået i et jævnt tempo gennem hele universets historie, ville massetiltrækningen mellem galaksehobene have skabt en ujævn fordeling af massen.

Derfor lancerede teoretiske fysikere inflationsteorien. Ifølge teorien sørgede en ultrakort udvidelse hurtigere end lyset lige efter universets skabelse for, at massen blev fordelt ligeligt i rummet fra starten.

Ligesom luften fordeler sig jævnt i en ballon, når man puster den op.

Gennem de seneste tre årtier har astronomerne sandsynliggjort inflationsteorien med præcisionsmålinger af den kosmiske baggrundsstråling, som blev udsendt 380.000 år efter big bang og fylder hele rummet.

Baggrundsstrålingen er et øjebliksbillede af det spæde univers, og undersøgelser af den har vist, at massen i universet på det tidspunkt var jævnt fordelt overalt, og at rummet fra begyndelsen udvidede sig ensartet i alle retninger.

En mystisk udvidende kraft slår til

Frem til sidst i 1990’erne forudsagde teoretikere, at massetiltrækningen mellem galaksehobene med tiden ville sænke universets udvidelseshastighed.

Men da amerikanske og australske astronomer målte farten af universets udvidelse langt tilbage i tiden ved hjælp af ekstremt lysstærke supernovaer, gjorde de en forbløffende opdagelse: Universets udvidelse accelererer.

Det enorme tomme rum mellem galaksehobene er tilsyneladende fyldt med en frastødende, mørk energi, som har overvundet tyngdekraftens forsøg på at trække galaksehobene mod hinanden.

I de første syv-otte milliarder år af universets historie fik tiltrækningen mellem galaksehobene udvidelseshastigheden til at falde, men for fem-seks milliarder år siden vandt den mørke energi brydekampen med tyngdekraften og speedede udvidelsen op.

Målinger af galaksehobe med bl.a. rumteleskopet XMM-New­ton viser, at deres fart varierer.

© C. Carreau/ESA

Ifølge den førende teori om mørk energi udspringer den mystiske kraft af det tomme rum mellem galaksehobene.

Energiens styrke er altid konstant – forstået på den måde, at et tomrum med et givent volumen altid indeholder den samme mængde frastødende energi.

Når den mørke energi fik overtaget over tyngdekraften for fem-seks milliarder år siden, skyldes det, at tomrummet og dermed den mørke energis styrke hele tiden vokser, i takt med at universet udvider sig.

En naturlig følge af teorien er, at den mørke energi er lige stærk i hele rummet, og at universets udvidelse speeder op i samme tempo overalt.

Men den hypotese kommer i alvorlige vanskeligheder, hvis de nye resultater fra rumteleskoperne XMM-Newton og Chandra X-Ray Observatory holder stik, for observationerne peger på, at rummet har udvidet sig med forskellige hastigheder forskellige steder i universet.

Den elektromagnetiske kraft varierer

Ifølge fysikkens standardteori er naturkræfternes styrke ens overalt i universet, men nye målinger af lyset fra fjerne galakser – kvasarer – tyder på, at den elektromagnetiske kraft varierer. Tilsyneladende er kraften lidt stærkere på den sydlige himmelkugle og lidt svagere på den nordlige.

© Shutterstock & M. Kornmesser/ESO

  • 1 Mod nord: Svag elektromagnetisme: Observationer tyder på, at den elektromagnetiske kraft er en smule svagere i fjerne galakser på den nordlige himmelkugle.
  • 2 På Jorden: Perfekt styrke til liv: I vores del af universet er den elektromagnetiske kraft perfekt tunet til, at komplekse molekyler, livets byggesten, kan dannes.
  • 3 Mod syd: Stærk elektromagnetisme: På den sydlige himmel er elektromagnetismen i fjerne galakser stærkere. Universet ser ud til at have en magnetisk nord-syd-pol.

Ifølge den førende teori om mørk energi udspringer den mystiske kraft af det tomme rum mellem galaksehobene.

Energiens styrke er altid konstant – forstået på den måde, at et tomrum med et givent volumen altid indeholder den samme mængde frastødende energi. Når den mørke energi fik overtaget over tyngdekraften for fem-seks milliarder år siden, skyldes det, at tomrummet og dermed den mørke energis styrke hele tiden vokser, i takt med at universet udvider sig.

En naturlig følge af teorien er, at den mørke energi er lige stærk i hele rummet, og at universets udvidelse speeder op i samme tempo overalt.

Men den hypotese kommer i alvorlige vanskeligheder, hvis de nye resultater fra rumteleskoperne XMM-Newton og Chandra X-Ray Observatory holder stik, for observationerne peger på, at rummet har udvidet sig med forskellige hastigheder forskellige steder i universet.

Galaksehobene har forskellig fart

De nye observationer blev udført af en gruppe astronomer ledet af Konstantinos Migkas fra Bonns Universitet i Tyskland. Forskerne observerede bevægelserne af 237 galaksehobe gennem 191 dage med NASA’s Chandra X-Ray Observatory, mens 76 galaksehobe blev observeret med ESA’s røntgenteleskop XMM-Newton i 35 dage.

Derudover trak forskerne på arkivoptagelser fra den japanske røntgensatellit ASCA, så det samlede antal galaksehobe kom op på 842.

Hobene ligger alle inden for en afstand på fem milliarder lysår, så de målte bevægelser er sket, efter at den mørke energi speedede universets udvidelse op for fem-seks milliarder år siden.

For at måle afstanden til galaksehobe og andre lyskilder skal astronomerne kende deres reelle – absolutte – lysstyrke.

Den fandt forskerne i dette tilfælde ved at måle temperaturen af de ekstremt varme skyer af brintgas mellem galakserne i hver hob.

Jo varmere gasser, jo mere røntgenstråling vil hoben udsende, og to hobe med den samme temperatur og i den samme afstand burde således lyse præcis lige stærkt i røntgenspektret.

Den observerede lysstyrke fra et objekt falder altid proportionalt med afstanden til objektet, og derfor kunne forskerne måle afstanden til hver galaksehob ved at sammenholde den observerede lysstyrke fra hoben med dens reelle lysstyrke.

842 galaksehobes bevægelser afslører, at universets udvidelse ikke er ensartet.

Til astronomernes overraskelse afslørede målingerne to regioner i himmelrummet, hvor røntgenstrålingen fra hobene var henholdsvis 30 pct. stærkere og 30 pct. svagere, end den burde være.

Det peger på, at de stærkt lysende hobe er tættere på Mælkevejen end forventet, mens de svagtlysende hobe er længere væk.

Når forskerne sammenligner observationerne med universets generelle udvidelseshastighed, konkluderer de, at udvidelsen er langsommere i den region, hvor hobene er tættere på end forventet, og hurtigere i den anden region, hvor galaksehobene er spurtet længere væk

Måske er mørk energi et felt

Den mest oplagte forklaring på hastighedsforskellene er, at styrken af den frastødende mørke energi varierer forskellige steder i universet.

Forklaringen er imidlertid i direkte modstrid med den førende teori, som hævder, at den mørke energi er konstant, og at frastødningen er ens overalt. Resultaterne passer derimod bedre med en alternativ teori om, at mørk energi er et ukendt frastødende felt, som kan variere i tid og rum.

Forklaringen kan selvfølgelig også være, at de opsigtsvækkende resultater ikke holder. En mulig fejlkilde kan være, at der bag det hurtigtvoksende område i rummet ligger en enorm såkaldt superhob af galakser, der udøver en ekstra regional tiltrækning på de hurtigt flygtende galaksehobe, men ingen observationer tyder på det. Målingerne af røntgenstrålingen kan også forstyrres af ukendte støvskyer i Mælkevejen.

Heldigvis er der bedre målinger på vej fra den russisk-tyske satellit Spectrum-Roentgen-Gamma (SRG), der begyndte sine observationer i 2020. Mens XMM­-Newton og Chandra kun kan se røntgenstråling med bølgelængder på ned til 1 nanometer, fanger SRG-satellitten røntgenstråling med bølgelængder på helt ned til 0,2 nanometer, som uhindret trænger gennem støvskyer.

Og mens de veltjente satellitter kun har målt få hundrede galaksehobes bevægelser, skal SRG gennem fire år kortlægge 100.000 galaksehobes bevægelser.

Det vil give langt bedre muligheder for at opdage afvigelser i universets udvidelseshastighed.

Tre teleskoper skal måle universets skævhed

De nye resultater, der udfordrer fysikkens mest grundlæggende teorier, bliver grundigt efterprøvet i de nærmeste år. To rumteleskoper og et gigantisk teleskop på Jorden vil afsløre, om udvidelseshastigheden og den elektromagnetiske kraft varierer i universet.

Naturkonstanten er ukonstant

Måske er det ikke kun den mystiske mørke energi, der varierer i styrke i forskellige dele af rummet. Det samme kan også gælde for den bedst undersøgte naturkraft af alle, elektromagnetismen.

Det første tegn på, at naturkonstanten måske ikke er så konstant, fik den au­stralske astronom John Webb fra University of New South Wales, da han i 1999 observerede lyset fra universets lysstærkeste galakser, kvasarer, som kan ses helt tilbage til universets barndom.

Lyset er så kraftigt, at kvasaren overstråler flere hundrede almindelige galakser. Webb brugte det 10 m store Keckteleskop på Hawaii til at observere, hvordan lyset fra kvasarer vekselvirker med metal­atomer i intergalaktiske gasskyer, som det passerer igennem på sin lange rejse gennem rummet.

Og han turde dårligt tro på resultaterne, for jern og magnesium i skyerne absorberede lidt andre bølgelængder af lyset, end metalatomerne absorberer i laboratorieforsøg på Jorden.

Resultaterne kunne kun forklares, hvis den såkaldte finstrukturkonstant var en smule mindre tidligere i universets historie, da lyset passerede gennem gasskyerne.

Kon­stanten bestemmer styrken af den elektromagnetiske kraft mellem elektrisk ladede partikler som protoner og elektroner, og det er et centralt dogme i fysikken, at naturkraftens styrke har været ens overalt i universet til alle tider. Først troede Webb derfor, at der måtte være tale om en målefejl, men hverken han eller andre kunne finde fejlen.

99,9937 er sandsynligheden for, at universet har en magnetisk nord-syd-akse.

Næste skridt for at eliminere mulige fejlkilder var at gennemføre tilsvarende målinger med Very Large Telescope i Chile, som består af fire sammenkoblede 8,2 m teleskoper.

Og så måtte den australske forsker igen måbe af forbløffelse. Denne gang var den elektromagnetiske kraft langt ude i rummet ikke svagere, men en smule stærkere end på Jorden.

Det ledte Webb frem til den teori, at den elektromagnetiske kraft ikke kun har været variabel gennem forskellige epoker af universets historie, men også varierer mellem den nordlige og den sydlige himmelkugle.

Keckteleskopet observerer netop det nordlige rum fra 20 graders nordlig bredde på Hawaii, mens VLT ser den sydlige himmel fra 25 graders sydlig bredde i Chile.

Elektromagnetisk nord-syd-akse

Gennem det seneste årti har John Webb bekræftet sine tidlige resultater ved at måle på lyset fra flere hundrede kvasarer – senest en kvasar på den nordlige himmelkugle, som er 13 milliarder lysår borte og altså udsendte sit lys, da universet kun var 800 millioner år gammelt.

Og facit er fortsat, at den elektromagnetiske kraft er en smule svagere i fjerne områder af den nordlige himmel og en smule stærkere i fjerne områder af den sydlige himmel langs med en nord-syd-akse gennem universet.

Sandsynligheden for, at dette forbløffende fænomen ikke skyldes en tilfældighed, er nu på 99,9937 pct. – tæt på guldstandarden 99,9994 pct., som fysikere og astronomer skal nå, før observationer anerkendes som en opdagelse.

Gennembruddet kan komme i 2025, når det nye Extremely Large Telescope i Chile begynder at undersøge himlen.

Med sit 39,3 m store spejl vil det enorme teleskop kunne måle de små forskydninger i bølgelængderne af det absorberede lys fra kvasarer med meget større præcision end nutidens teleskoper.

De målte afvigelser i finstrukturkonstanten langt ude i rummet er kun på seks milliontedele i hver retning.

Og heldigvis for det, for hvis den elektromagnetiske kraft var blot nogle få procent svagere, end den er i Mælkevejen, ville positivt ladede atomkerner ikke kunne fastholde deres sky af negative elektroner og danne atomer og de komplekse molekyler, som er fundamentet for liv.

Og var kraften blot nogle få procent stærkere, kunne stjernerne ikke producere kulstof, som er livets vigtigste byggesten.

I over 50 år har det været et dogme for astronomer, at universet er ensartet overalt og til alle tider. Hvis både den velkendte elektromagnetiske kraft og den mystiske mørke energi varierer i tid og rum, styrter dogmet i grus.

Men ligesom da Edwin Hubble indså, at rummet ikke er statisk, kan opdagelsen bane vejen for en dybere forståelse af de kræfter, der former universet.

Læs også:

Partikler

Iskolde atomer skal finde mørk energi

1 minut
Universet

Nu går jagten på mørk energi

0 minutter
Teleskoper

Superteleskop skal afsløre universets undergang

13 minutter

Log ind

Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
Vis Skjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klik hér

Ny bruger? Få adgang nu!

Nulstil adgangskode

Indtast din email-adresse for at modtage en email med anvisninger til, hvordan du nulstiller din adgangskode.
Ugyldig e-mailadresse

Tjek din email

Vi har sendt en email til med instruktioner om, hvordan du nulstiller din adgangskode. Hvis du ikke modtager emailen, bør du tjekke dit spamfilter.

Angiv ny adgangskode.

Du skal nu angive din nye adgangskode. Adgangskoden skal være på minimum 6 tegn. Når du har oprettet din adgangskode, vil du blive bedt om at logge ind.

Adgangskode er påkrævet
Vis Skjul