Kuinka suuri avaruus on?

Vores univers er eksploderet på 100 år

Den moderne kosmologi, som har udviklet sig gennem det sidste århundrede, har radikalt ændret vores syn på universet – fra en opfattelse af, at det kunne måles i få hundrede tusind lysår, til i dag, hvor astronomerne bruger en målestok, som er en million gange længere. Og det gælder bare den del af universet, vi kan se. Det usynlige univers er flere hundrede gange større – måske er det endda uendeligt.

Shutterstock/Zakharchuk

Lad os tage en slentretur rundt i universet!

Sådan lød invitationen til det publikum, der var mødt frem på Smithsonian National Museum of Natural History i Washington, D.C., den 26. april 1920.

To astronomer skulle holde foredrag, og ud fra programmet kunne ingen forudse, at det ville udvikle sig til en hård konfrontation.

Astronomerne var Harlow Shapley og Heber Curtis, og det overordnede emne for diskussionen var universets størrelse. Men der var bogstavelig talt himmelvid forskel på deres påstande.

Shapley mente, at Mælkevejen udgjorde hele universet, og at de “spiralskyer”, som kunne ses på himlen, blot var nye solsystemer under udvikling. For Shapley var det derfor klart, at universet var ca. 300.000 lysår i diameter.

Curtis anså derimod spiralskyerne som selvstændige galakser, der lå meget længere væk end stjernerne i Mælkevejen, og mente, at universet derfor også strakte sig meget længere ud end vores egen galakse, som han til gengæld regnede med var meget mindre, nemlig bare 30.000 lysår i diameter.

  • Heber Curtis, astronomi

    "Det er en svimlende tanke, at vores eget stjerneunivers måske kun er ét blandt hundrede tusinder."

    Astronomen Heber Curtis (1872-1942), da det i begyndelsen af 1900-tallet var uklart, om Mælkevejen udgjorde hele universet.

Mødet på det naturhistoriske museum kaldes i dag “Den Store Debat”, og det skulle blive legendarisk, fordi det viser, hvor let forskere kommer til at gætte forkert, når de vover sig ud til grænsen af, hvad videnskaben kan måle og observere.

Shapley kom tættest på med sin vurdering af Mælkevejens størrelse – den er i dag sat til at være mellem 100.000 og 150.000 lysår i diameter – men han tog fejl i forhold til de fremmede galakser.

For Curtis var det omvendt. Han undervurderede Mælkevejens størrelse, men havde ret i, at spiralskyer som fx Andromeda faktisk er selvstændige galakser.

Tanken om, at Mælkevejen kun er én galakse blandt mange, var både kontroversiel og dristig, og Curtis selv var den første til at indrømme det. “Det er afgjort en svimlende tanke, at vores eget stjerneunivers måske kun er ét blandt hundrede tusinder tilsvarende universer,” som han udtrykte det.

I dag kan det virke besynderligt, at det for bare 100 år siden var til diskussion, om Mælkevejen var hele universet, og det viser den kolossale udvikling, kosmologien har gennemgået siden.

De to astronomer skal dog undskyldes med, at de var oppe mod en udfordring, som også nutidens kosmologer slås mod, nemlig at det er uhyggelig vanskeligt at måle afstande i universet.

To teleskoper brød grænsen for vores udsyn

Edwin Hubbles observationer i 1920’erne med det banebrydende Hooker-teleskop beviste, at universet fortsætter millioner af lysår uden for Mælkevejen.

Siden har rumteleskopet, som er opkaldt efter ham, forlænget vores udsyn med mange milliarder lysår.

Lähigalaksi, Andromeda

For 100 år siden: Der findes én galakse

Spiraltåger som Andromeda blev for hundrede år siden betragtet som fænomener inden for vores egen Mælkevej.

Edwin Hubble målte afstanden til dem og fastslog, at de lå meget længere væk og var selvstændige galakser. Mælkevejen var altså kun én galakse af mange.

Kaukainen galaksi

I dag: Der findes 100 milliarder galakser

Rumteleskopet Hubble har vist os, at der er mindst 100 milliarder galakser i universet – og måske endda det dobbelte.

De fjerneste galakser ses på billedet her som små, røde prikker.

Det lys, vi modtager fra dem, blev udsendt for ca. 13 milliarder år siden.

Vi har altid undervurderet universet

Universet er vokset gennem hele astronomiens historie. Især når det gælder vurderingen af afstanden til fjerne objekter, er det blevet voldsomt undervurderet.

Den romersk-egyptiske matematiker og astronom Ptolemaios (ca. 100-170) havde forbløffende godt styr på de nære dimensioner som Månens afstand i forhold til Jordens størrelse.

Han beregnede således, at afstanden til Månen var 29,5 gange Jordens diameter – meget tæt på nutidens målinger på 30,2 gange Jordens diameter. Sværere var det med Solen.

Her ramte han en værdi, der svarer til 1/20 af den rigtige. Og når det kom til stjernerne på himlen, gik det helt galt. Her anslog han, at de var ca. 10.000 jorddiametre væk.

Det rigtige svar for den nærmeste stjerne, Alfa Centauri, er 6.455.555.555 jorddiametre.

Bedre bliver det ikke af, at Ptolemaios undervurderede Jordens diameter, så hele hans univers ud til stjernehimlen faktisk mageligt kan være inden for et område, der svarer til Jordens bane om Solen.

Mere præcise målinger kom til med astronomer som Tycho Brahe og Johannes Kepler i 1500- og 1600-tallet, men deres udsyn var stadig begrænset af, at de ikke kunne måle lange afstande.

Den eneste målestok, de havde til rådighed, var såkaldt parallakseberegning. Metoden går ud på at tegne en sigtelinje mod en stjerne med et halvt års mellemrum.

Herefter kan afstanden til stjernen beregnes ud fra vinklen mellem sigtelinjerne og diameteren på Jordens bane om Solen.

Metoden kræver dog mere præcise instrumenter, end Brahe og Kepler havde til rådighed, så selv de nærmeste stjerner kunne de ikke beregne afstanden til.

Det er derfor forståeligt, at den tids astronomer ikke kunne forestille sig noget fjernere end stjernerne på nattehimlen.

Det kunne Newton heller ikke, da han udgav sit store værk Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica i 1687. Alligevel ændrede han synet på universet ved – inspireret af sit faldende æble – at udnævne tyngdekraften til universets styrende kraft.

Han hævdede dermed, at det er de samme regler, som gælder for bevægelserne af alle himmellegemerne, og at de alle findes i et ensartet rum.

Hermed grundlagde han det, som i den moderne kosmologi kaldes “det kosmologiske princip”.

Astronomerne afskaffer universets centrum

Forestil dig, at du står på overfladen af en kæmpemæssig oppustet ballon. Du kan kigge i alle retninger langs overfladen, og uanset hvor du vender øjnene hen, ser den ens ud.

Det er essensen af det kosmologiske princip, som gør op med alle forestillinger om, at der skulle være noget særligt ved netop vores egen placering i universet.

Princippet indeholder to antagelser. Den ene er, at universet på den store skala er homogent, hvilket vil sige, at det groft sagt er ens og har samme egenskaber, uanset hvor vi befinder os i det.

Den anden er, at det er isotropt, hvilket vil sige, at det ser ens ud i alle retninger.

Det kosmologiske princip medfører, at universet ikke har noget bestemt centrum – eller at vi omvendt kan sige, at alle steder er centrum – på samme måde som det er tilfældet med ballonens overflade.

Universet pustes op som en ballon

Kosmologerne mener, universet på den store skala er homogent, og at det ser ens ud i alle retninger, uanset hvor vi befinder os i det.

Antagelsen kaldes “det kosmologiske princip”, og det medfører, at der ikke findes noget centrum. Universet er som overfladen af en ballon.

Udvidelsen af universet betyder, at der generelt bliver længere og længere mellem galakserne.

Uanset hvilken galakse vi befinder os i, vil vi se, at alle de andre fjerner sig fra os og fra hinanden – som var de malet på overfladen af en ballon, der bliver pustet op.

Observationer og målinger af den kosmiske baggrundsstråling tyder på, at vores synlige univers er fladt og dermed del af et uendeligt univers.

Det er dog ikke udelukket, at det krummer en lillebitte smule og dermed kan være del af et gigantisk lukket – og dermed endeligt – univers.

Ligesom Newton bekendte Albert Einstein sig til det kosmologiske princip, men hans generelle relativitetsteori fra 1915 gav alligevel kosmologerne en ny måde at anskue universet på.

Einstein forenede tiden med de tre rumlige dimensioner og skabte sin firedimensionelle rum-tid, og med sine ligninger kunne han regne på modeller for, hvordan universet så ud på den store skala.

Han løb dog hurtigt ind i et problem.

Når han brugte sine ligninger på hele universet, kunne han ikke nå frem til det resultat, han forventede.

Enten viste ligningerne, at tyngdekraften hurtigt ville få universet til at kollapse, og det var jo åbenlyst ikke sket, eller også viste ligningerne, at universet voksede, og det kunne heller ikke passe.

På dette tidspunkt var det helt utænkeligt, at universet ikke var statisk, altså havde en konstant størrelse.

Einstein løste i 1917 problemet ved at indføre en konstant i ligningerne, som senere er blevet kendt som “den kosmologiske konstant” – et greb, som Einstein senere bittert fortrød og kaldte for “sit livs største bommert”.

Universet begynder at få vokseværk

Einsteins største fejltagelse blev afsløret af et rekordstort teleskop, som blev indviet samme år, i 1917.

Med sit spejl på 2,5 meter gav Hooker-teleskopet på Mount Wilson Observatory i Californien det hidtil skarpeste udsyn – og sammen med astronomen Edwin Hubble skulle det revolutionere vores opfattelse af hele universet.

Hubble tiltrådte en stilling ved observatoriet i 1919, og adgangen til teleskopet gav ham mulighed for at studere de spiralskyer, som Shapley og Curtis havde “Den Store Debat” om i 1920.

Hubble var på jagt efter en ganske særlig type stjerner i skyerne, nemlig de såkaldte cepheider.

Det specielle ved dem er, at de varierer i lysstyrke i en bestemt rytme, og der er en nøje sammenhæng mellem en stjernes rytme og dens lysstyrke.

Ved at iagttage stjernens rytme kan astronomerne altså beregne, hvor meget lys den udsender. Herefter er det ret let for dem at finde ud af, hvor langt den er væk, fordi de ved, hvor meget lyset taber i intensitet over afstand.

  • Edwin Hubble, astronomi

    "Astronomiens historie er historien om vigende horisonter."

    Astronomen Edwin Hubble (1889-1953) i en beskeden kommentar til sin egen revolutionerende opdagelse af, at universet udvider sig.

Hubble fandt cepheider i flere spiralskyer, bl.a. Andromeda, og kunne i 1924 én gang for alle slå fast, at der virkelig var tale om fremmede galakser, som ligger meget længere væk end de øvrige stjerner på nattehimlen.

Trods den epokegørende erkendelse af, at vores egen galakse kun er én blandt utallige i et ufattelig stort univers, anså Hubble sin opdagelse for bare at være et enkelt kapitel i en større fortælling. “Astronomiens historie er historien om vigende horisonter,” som han beskedent sagde.

Han stoppede da heller ikke sine observationer her, men fortsatte med at se længere ud. Med det store teleskop zoomede han ind på endnu fjernere galakser og analyserede lyset fra dem.

Det førte i 1929 til et nyt gennembrud, som kom endnu mere bag på astronomerne.

Hubble opdagede, at jo længere væk en galakse var, desto rødligere var lyset fra den. Fænomenet kaldes rødforskydning, og det opstår ved, at lysbølgerne fra et objekt strækkes ud, hvis det bevæger sig væk fra os.

Rødforskydningen af lyset fra de fjerne galakser kunne kun betyde én ting. De fjerner sig fra os, og de fjerner sig fra hinanden.

Hubble var mere praktisk astronom end teoretisk kosmolog, så han undervurderede rækkevidden af sin opdagelse, fordi han ikke opfattede den som en egenskab ved hele universet.

Det var der til gengæld andre, der gjorde.

Einstein indså, at universet ikke er statisk, som han troede, men rent faktisk udvider sig. Dermed var der pludselig ikke længere behov for den kosmologiske konstant, han 12 år tidligere havde indført i sine ligninger.

Mens Einstein måtte erkende sin “bommert”, kom gennem bruddet nærmest som bestilt for den belgiske præst og astronom Georges Lemaître. Bare to år tidligere, i 1927, havde Lemaître lanceret idéen om et univers, som udvidede sig, og som derfor ikke altid har eksisteret.

Lemaître forestillede sig, at universet blev født ved eksplosionen af et “ur-atom”, og at det er vokset lige siden.

Hubbles observationer passede perfekt til Lemaîtres billede af, at galakserne fjerner sig fra hinanden, på samme måde som hvis de var malet på overfladen af en ballon, der bliver pustet op. Og hvis det var rigtigt, ville det også være muligt at regne baglæns til et tidspunkt, hvor hele universet var samlet i ét punkt.

Lemaîtres tanker blev i de følgende årtier taget op af flere andre astronomer og udviklede sig til det, vi i dag kender som big bang-modellen.

Men det var langtfra alle, der bakkede den op.

Universet er vokset i ryk

Siden big bang er universet vokset i tre afgrænsede epoker: en ultrakort periode med eksplosiv vækst kaldet inflationen, en lang periode med stabil vækst og en lige så lang periode, hvor udvidelsen er accelereret.

  • Inflation

    Brøkdel af et sekund.

  • Stabil udvidelse

    Ca. 7 mia. år.

  • Accelererende udvidelse

    Ca. 7 mia. år.

Selve navnet “big bang” blev faktisk opfundet af en af teoriens største modstandere, den britiske astronom Fred Hoyle.

Han brugte hånligt udtrykket i et radioprogram i 1949, hvor han argumenterede for sin egen alternative teori, den såkaldte steady state.

Sammen med andre fortalere for denne teori mente Hoyle, at universet ganske vist udvider sig, men at det sker på en måde, så det alligevel ikke forandrer sig.

Tanken er, at der i takt med udvidelsen hele tiden skabes en smule stof, sådan at universets tæthed af stof forbliver den samme.

Den slags tilførsel af nyt stof er aldrig blevet observeret, men det kan ifølge teoriens fortalere sagtens forklares med, at der skal ganske lidt til for at bevare stoftætheden.

Beregninger viser, at det er nok med en stofmængde, der svarer til ca. ét brintatom pr. kubikmeter i løbet af en milliard år, og derfor er der ikke noget mærkeligt i, at vi ikke har set det ske.

Steady state-teorien har indbygget den særlige præmis, at den ikke blot opfylder det kosmologiske princip, men “det perfekte kosmologiske princip”, fordi den løbende skabelse af stof sikrer, at universet ikke blot er homogent i alle rumlige retninger, men også er homogent set over tid.

Ifølge steady state-teorien er universet uendeligt i både tid og rum, og i modsætning til big bang-modellen arbejder den derfor ikke med, at universet har haft en begyndelse.

De to teorier lå i indædt strid med hinanden i midten af 1900-tallet, lige indtil en helt tilfældig opdagelse i 1964 pludselig gav den ene et kæmpemæssigt boost.

Radiostøj afslører universets fødselsdag

For de to radioastronomer Arno Penzias og Robert Wilson var støjen fra deres “hørerør” som en irriterende tinnitus.

Den 15 meter lange hornantenne i New Jersey var blevet tilovers fra et udfaset satellitsystem, og de to astronomers plan var at bruge den til at lytte efter radiosignaler fra rummet.

Men uanset hvad de gjorde, blev deres målinger konstant forstyrret af en vedvarende og enerverende baggrundsstøj. Penzias og Wilson rettede antennen væk fra New York for at eliminere menneskeskabte radiokilder derfra.

Støjen fortsatte.

De prøvede alle mulige andre retninger, men stadig med samme resultat. En omhyggelig gennemgang af antennens horn afslørede, at det var fuldt af due- og flagermuslort.

Måske var det årsag til problemet.

De fjernede omgående griseriet sammen med et par duereder, og et haglgevær gjorde en ende på de sidste genstridige duer. Nu var antennen ren – men støjen var der stadig.

Penzias og Wilson blev nu klar over, at det ikke var antennen, der var noget galt med.

De kom i tanke om, at fysikeren Robert Dicke havde forudsagt, at hvis big bang-modellen var rigtig, ville der være en ganske svag og ensartet stråling fra alle retninger, som stammede tilbage fra universets fødsel.

De kontaktede Dicke, og sammen konkluderede de, at det netop var denne stråling, de havde målt.

Året efter, i 1965, kunne både de to radioastronomer og Dicke publicere deres resultater og fortolkningen af dem.

Einstein giver universet form

Den kosmiske baggrundsstråling bekræftede både big bang-modellen og det kosmologiske princip om, at universet på den store skala er homogent og isotropt.

Strålingen er næsten helt ensartet, uanset hvilken retning vi måler den i, og sådan ville det også være, hvis vi befandt os et hvilket som helst andet sted i universet.

Den kosmiske baggrundsstråling blev frigivet, da universet var bare 380.000 år gammelt. På det tidspunkt var universet blevet udvidet og afkølet lige netop nok til, at elektroner og protoner kunne gå sammen og danne atomer.

Det betød, at stråling i form af fotoner, som tidligere blev stoppet af de frie elektroner, nu kunne bevæge sig uhindret gennem universet.

Astronomerne taler derfor om, at universet blev “gennemsigtigt”. Baggrundsstrålingen udgør dermed også grænsen for, hvor langt det er muligt for os at se tilbage i tiden.

Med opdagelsen af baggrundsstrålingen fik universet pludselig en udviklingshistorie.

Big bang-modellen kan fortælle om, hvornår universet blev født, og hvordan det siden har forandret sig. Men ikke nok med det. Baggrundsstrålingen kan også afsløre universets form.

Da Einstein udgav sin generelle relativitetsteori, begyndte flere astronomer at bruge hans ligninger til at regne på, hvilken geometri universet som helhed kunne have.

En af dem var russeren Aleksandr Friedmann. Allerede i 1922 fremlagde han modeller for, hvordan det kunne se ud, hvis det skulle opfylde både Einsteins ligninger og det kosmologiske princip.

På den helt store skala skal universet krumme på samme måde, uanset hvor vi befinder os i det, og det kan faktisk kun opfyldes på tre forskellige måder.

Universet kan være lukket, dvs. som overfladen af den ballon, vi tidligere har forestillet os. Et lukket univers har en begrænset udstrækning.

Hvis vi tænker os, at vi sender to parallelle lysstråler afsted i et lukket univers, vil de på et tidspunkt mødes, på samme måde som længdegraderne på Jorden mødes ved polerne.

Den anden mulighed er, at universet krummer på en modsat måde, hvilket resulterer i et såkaldt åbent univers, der nærmest har form som en sadel.

Her vil de to lysstråler aldrig mødes, men tværtimod fjerne sig mere og mere fra hinanden. Det åbne univers er ubegrænset, altså uendeligt i alle retninger.

Den sidste løsning ligger lige midt imellem de to første og kaldes det flade univers. Her vil vores to lysstråler blive ved med at være parallelle. Ligesom det åbne univers er det flade univers uendeligt.

Astronomerne er ved at få form på universet

Den generelle relativitetsteori giver mulighed for tre forskellige måder, universet kan krumme på.

De tre måder giver det forskellige egenskaber og er afgørende for, om det har en endelig udstrækning. Indtil nu tyder observationer på, at universet er fladt.

  • Et lukket univers

    Et lukket univers har en positiv krumning og en begrænset udstrækning.

    Her vil to lysstråler, som sendes afsted parallelt, på et tidspunkt mødes, og vinklerne i en trekant vil tilsammen være over 180 grader.

  • Et fladt univers

    Et fladt univers har ingen krumning og en uendelig udstrækning.

    Her vil de to parallelle lysstråler aldrig mødes, og summen af vinklerne i en trekant er 180 grader, som vi kender det fra geometri i to dimensioner.

  • Et åbent univers

    Et åbent univers har en negativ krumning og en uendelig udstrækning.

    Her vil de to lysstråler over store afstande fjerne sig fra hinanden, og vinklerne i en trekant vil tilsammen være på mindre end 180 grader.

Siden opdagelsen af baggrundsstrålingen er den blev kortlagt flere gange.

Satellitterne COBE, WMAP og Planck har givet os mere og mere detaljerede målinger af strålingen, og analyser af den tyder på, at universet er fladt – eller i hvert fald meget tæt på at være fladt.

For astronomerne var universets form af temmelig afgørende betydning, fordi den hang uløseligt sammen med, hvordan universets fremtid så ud.

For eksempel ville den lukkede form betyde, at tyngdekraften i sidste ende ville få overtaget over universets udvidelse, så det engang måtte begynde at trække sig sammen og ende i et kollaps, et såkaldt big crunch.

Men den slags forestillinger ændrede sig radikalt hen mod årtusindskiftet, da endnu en forbløffende opdagelse vendte alting på hovedet.

Og endnu en gang skyldtes det, at nogle astronomer udnyttede en ny målestok, som kunne række længere ud i universet end tidligere.

Kort over den kosmiske baggrundsstråling

Kort over den kosmiske baggrundsstråling. Den kosmiske baggrundsstråling, som blev opdaget i 1964, var et vigtigt bevis for big bang-teorien. Med ét stod det klart, at universet ikke er statisk og har en uendelig fortid, men at det tværtimod har en begyndelse og en udviklingshistorie.

© WMAP Science Team

Universets vokseværk accelererer

Astronomer elsker supernovaer, men især en helt speciel type kaldet Ia kan give dem blanke øjne og holde dem vågne hele natten.

Denne type supernova opstår nemlig på en særlig måde, som betyder, at lyset fra dem kan bruges til afstandsmåling.

En Ia-supernova har sit udspring i et dobbeltstjernesystem, hvor den ene af stjernerne er en såkaldt hvid dværg.

Hvis de to stjerner kredser tæt om hinanden, suger den hvide dværg gradvist stof til sig fra sin makker, til den til sidst opnår en bestemt kritisk masse.

Herefter eksploderer den som supernova, og lyset er så kraftigt, at det overstråler lyset fra alle andre stjerner i dens galakse.

Fordi astronomerne kender den kritiske masse, kender de også supernovaens absolutte lysstyrke, og derfor kan de beregne afstanden til den, på samme måde som Hubble kunne med cepheiderne.

Supernovaerne er bare meget kraftigere end cepheiderne og kan derfor ses meget længere væk.

I 1998 gik den amerikanske astrofysiker Saul Perlmutter og hans kolleger i Supernova Cosmology Project på jagt efter Ia-supernovaer i meget fjerne galakser.

De målte lyset fra dem og beregnede derefter afstanden til dem. Samtidig undersøgte de ligesom Hubble, hvor meget lyset var rødforskudt, det vil sige, hvor hurtigt galakserne bevæger sig væk fra os.

Lyset fra de meget fjerne galakser har været længere tid undervejs mod os end lyset fra galakser, der ligger tættere på.

Derfor er lyset også ældre og kan fortælle om, hvor hurtigt universet udvidede sig for milliarder af år siden. Og her kom overraskelsen: De fjerne galaksers hastighed var tilsyneladende væsentlig mindre, end den burde være i henhold til den sammenhæng, Hubble havde fundet frem til.

  • Saul Perlmutter, astrofyysikko

    "Det, vi oplevede, var at kaste et æble op i luften og se det forsvinde ud i rummet."

    Astrofysikeren Saul Perlmutter, efter at han med sine kolleger havde gjort den forbløffende opdagelse, at universets udvidelse accelererer.

Der kunne kun være én forklaring: Universets galakser fjernede sig langsommere fra hinanden for milliarder af år siden, end de gør i dag. Med andre ord accelererer universets udvidelse!

“Det, vi oplevede, svarer til at kaste et æble op i luften og se det forsvinde ud i rummet,” sagde Saul Perlmutter senere om den forbløffende opdagelse. Han refererede naturligvis til historien om æblet, som gav Newton erkendelsen af tyngdekraftens natur. Her var udfaldet bare stik modsat det forventede.

Samtidig med Saul Perlmutters gennembrud kom et rivaliserende forskerhold ledet af Adam Riess frem til de samme resultater, og både Perlmutter og Riess fik i 2011 Nobelprisen for deres indsats.

Erkendelsen af, at universets udvidelse accelererer, viser, at der findes en kraft, der virker modsat af tyngdekraften.

Hvis det kun var tyngdekraften, som var i spil, ville udvidelsen ikke accelerere, men derimod aftage med universets alder.

I vores egen galakse og endda i det nærmeste nabolag af galakser ser vi ikke effekten af den modsatrettede kraft, fordi tyngdekraften på disse distancer er langt stærkere.

Men i den helt store kosmologiske skala spiller den ukendte kraft en afgørende rolle – og faktisk udgør den op mod 70 procent af den samlede mængde stof og energi, der findes i hele universet.

Den ukendte kraft fik allerede i 1998 navnet “mørk energi” af den amerikanske kosmolog Michael Turner, fordi den ikke vekselvirker med elektromagnetisk stråling som fx lys.

Men navnet er også rammende, fordi forskerne mildest talt er fuldstændigt i mørket i forhold til at forstå, hvad den mystiske kraft egentlig består af.

Rummet fyldes op med mørk energi

En af de mærkværdige sider af mørk energi er, at der hele tiden bliver mere og mere af den.

I takt med at den mørke energi får universet til at udvide sig, bliver den gennemsnitlige tæthed af stoffet i universet logisk nok lavere og lavere. Men tætheden af mørk energi er konstant, så i et voksende univers vokser mængden af den tilsvarende.

Det giver den accelererende effekt, hvor mørk energi skaber udvidelse, som giver plads for ny mørk energi, som skaber yderligere udvidelse, osv.

Selvom forskerne ikke kender den dybere natur af den mørke energi, kan de regne på virkningen af den, og det viser sig, at den rent matematisk harmonerer meget godt med den kosmologiske konstant, som Einstein indførte i sine ligninger i 1917. Den idé, han selv opfattede som en bommert, var altså slet ikke så dum endda.

Den kosmologiske konstant kan opfattes som et mål for det, som også kaldes vakuumenergien. Det er den minimumsenergi – også kaldet nulpunktsenergi – der er til stede i et perfekt vakuum i rummet.

Problemet er dog, at der er kæmpestor forskel på den værdi, forskerne kan regne sig frem til, og den værdi, der passer med observationerne, og det betragtes faktisk i dag som et af videnskabens allerstørste uløste mysterier.

Det får dog ikke astronomerne til at tvivle på big bang-teorien. Alle mulige andre observationer stemmer så godt overens med teorien, at den i dag er bredt accepteret som model for universets historie – ligesom den også giver et billede af universets størrelse.

Lyset fra de fjerneste galakser, vi kan se i universet, er rødforskudt så meget, at astronomerne kan regne ud, at det er knap 13,8 milliarder år gammelt.

Det betyder, at universet har den samme alder. Umiddelbart skulle man tro, at disse galakser så må ligge 13,8 milliarder lysår væk fra os, men sådan er det ikke.

Fordi universet har udvidet sig, mens galaksernes lys har været undervejs mod os, er de i dag meget længere væk, end dengang de udsendte lyset.

Faktisk ligger de fjerneste galakser, vi kan se lyset fra, i dag 46,1 milliarder lysår væk fra os. Og det gælder selvfølgelig i alle retninger. Det betyder, at det, astronomerne kalder “det synlige univers”, har en diameter på 92,2 milliarder lysår.

Men hvad så med “det usynlige univers”, altså den del af universet, som er endnu længere væk, og som vi ikke kan se? Her bliver kosmologerne forsigtigere – men enkelte har alligevel forsøgt at give et bud på det.

Det usynlige univers kan være uendeligt

I 2016 satte et hold forskere fra University of Oxford sig for at beregne størrelsen af det usynlige univers.

De samlede alle de afstandsmålinger, de kunne få fat i, på alle tænkelige objekter og satte dem ind i en meget kompliceret computermodel.

Herefter lod de computeren regne på alle mulige forskellige scenarier, hvor målingerne kunne give mening. Blandt andet regnede computeren på sandsynligheden for, at afstandsmålingerne passede med forskellige krumninger af universet, og hvad det ville betyde for universets overordnede geometri.

Computerens mest sandsynlige svar koncentrerede sig omkring et univers, som er næsten fladt.

Et helt fladt univers vil betyde, at dets udstrækning er uendelig, hvis ellers det kosmologiske princip holder. Det siger jo, at universet er ens i alle retninger, og i et fladt univers kan det kun opfyldes, hvis det er uendeligt.

Men vi kan også forestille os et usynligt univers, som er så stort, at vores synlige univers kun udgør en ganske lille del af det – som hvis vi tegnede en lille cirkel på overfladen af en gigantisk ballon.

I så fald ville vi opleve, at vores synlige univers var tilnærmelsesvist fladt, selvom det i virkeligheden krummede en ganske lille smule.

Astronomernes forsigtige fortolkning af computerens resultater er, at det usynlige univers er mindst 251 gange så stort som det synlige univers.

Det giver det en diameter på 23.343 milliarder lysår, men forskerne understreger, at det sagtens kan være endnu større – ja måske endda uendelig stort.

Uanset hvor stort universet er, kan vi være ret sikre på én ting: Det er i fuld gang med at vokse sig endnu større.

De sidste syv milliarder år har den mørke energi overtrumfet tyngdekraften i universet, så udvidelsen er sket hurtigere og hurtigere. Den udvikling vil fortsætte.

Den mørke energi vil komme til at dominere universet mere og mere. Udvidelseshastigheden vil efterhånden blive meget større, end den er i dag, og universets galakser vil fjerne sig meget hurtigere fra hinanden.

Her er det vigtigt at huske, at den hastighed, en galakse fjerner sig med, faktisk godt kan blive større end lysets hastighed, som ellers er den absolutte og uoverskridelige fartgrænse i universet.

Det skyldes, at afstanden til galaksen ikke vokser, fordi galaksen i sig selv bevæger sig væk fra os, men fordi det er selve rummet imellem den og os, som udvider sig.

De fjerneste steder i det synlige univers, som ligger 46,1 milliarder lysår væk, fjerner sig nu fra os med en hastighed, som er ti gange så høj som lysets hastighed, på grund af universets udvidelse.

Det lys, der nogensinde måtte komme fra disse områder i fremtiden, vil derfor aldrig nå frem til os.

Sådan vil det også gå med galakser, som i dag ligger tættere på os. De vil på et tidspunkt fjerne sig så hurtigt, at vi ikke længere kan se lyset fra dem, og i en fjern fremtid vil det slet ikke være muligt at observere andre galakser end vores egen.

Vi kan derfor prise os lykkelige for, at vi lever i en epoke af universets udvikling, hvor vi har et spændende udsyn til fremmede spiralgalakser, ellipsegalakser, kvasarer og andre eksotiske astronomiske fænomener.

Hvis vi levede i en senere epoke, ville alt, vi havde mulighed for at observere, ligge inden for vores egen galakse, og vi ville sikkert konkludere, at Mælkevejen udgjorde hele universet – præcis som astronomerne mente for 100 år siden.

Teleskoopit

Vores horisonter i universet er begrænset af lysets hastighed

Grænserne for vores udsyn bestemmes af et samspil mellem lysets hastighed og den hastighed, universet vokser med.

Hubblen horisontti

Hubblehorisonten

14,5 milliarder lysår fra os ligger den såkaldte hubblehorisont. Den udgør grænsen mellem galakser, som flytter sig væk fra os hurtigere end lyset, og dem, der flytter sig langsommere end lyset.

Det lys, som udsendes i dag fra de sidste, vil vi kunne se i fremtiden.

Näkyvä kaikkeus

Det synlige univers

Vores synlige univers rækker 46,1 milliarder lysår ud i alle retninger. Lyset fra de fjerneste objekter i dette område blev udsendt for næsten 13,8 milliarder år siden.

Det lys, objekterne udsender i dag, vil vi aldrig kunne se.

Det usynlige univers

Lyset fra objekter, som nu ligger mere end 46,1 milliarder lysår væk fra os, har ikke nået os endnu.

Og det lys, som i dag udsendes fra dette område, vil aldrig nogensinde nå frem til os.

Læs også:

Universet

Er universet endeligt eller uendeligt?

1 minut
Einstein tavle
Relativitetsteorien

Einstein krummer hele universet

8 minutter
Universet

Hvilken form har universet?

2 minutter

Log ind

Fejl: Ugyldig e-mailadresse
Adgangskode er påkrævet
VisSkjul

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

Ny bruger? Få adgang nu!