Kuinka suuri avaruus on?

Universet vårt har eksplodert på 100 år

Kosmologien som har utviklet seg gjennom det siste århundret, har endret hele synet vårt på universet radikalt. For hundre år siden mente forskerne at universet hadde en størrelse på noen hundre tusen lysår. I dag bruker de en målestokk som er en million ganger lenger. Og det gjelder bare den delen av universet vi kan se. Det usynlige universet er flere hundre ganger større – kanskje faktisk uendelig.

Shutterstock/Zakharchuk

Bli med på en spasertur rundt i universet!

Slik lød invitasjonen til publikum ved Smithsonian National Museum of Natural History i Washington, D.C., 26. april 1920.

To astronomer skulle holde foredrag, og ut fra programmet kunne ingen spå at det ville utvikle seg til en knallhard konfrontasjon.

Astronomene var Harlow Shapley og Heber Curtis, og emnet for diskusjonen var universets størrelse. Men det var ganske voldsomme forskjeller på de to forskernes anslag.

Shapley mente at Melkeveien utgjorde hele universet, og at de «spiralskyene» vi kunne se på himmelen, bare var nye solsystemer som var under utvikling. For Shapley var det derfor klart at universet var om lag 300 000 lysår i diameter.

Curtis mente derimot at spiralskyene var selvstendige galakser som lå mye lenger unna enn stjernene i Melkeveien. Derfor mente han at universet var mye større enn vår egen galakse, og han mente at denne galaksen var mye mindre, bare 30 000 lysår i diameter.

  • Heber Curtis, astronomi

    "Det er en svimlende tanke at vårt eget univers kanskje bare er ett av utallige andre."

    Astronomen Heber Curtis (1872–1942) da det i begynnelsen av 1900-tallet var uklart om Melkeveien utgjorde hele universet.

Møtet på det naturhistoriske museet kalles i dag «Den store debatten». Den skulle bli legendarisk fordi det viser hvor lett det er å gjøre feil selv for dyktige forskere når de beveger seg ut mot grensen for hva vitenskapen kan måle og observere.

Shapley kom tettest på det riktige svaret når det gjelder Melkeveiens størrelse – den er i dag satt til å være mellom 100 000 og 150 000 lysår i diameter – men han tok feil når det gjelder de fremmede galaksene.

For Curtis var det omvendt. Han undervurderte Melkeveiens størrelse, men hadde rett i at spiralskyer som for eksempel Andromeda faktisk er selvstendige galakser.

Tanken om at Melkeveien bare er én av mange galakser, var både kontroversiell og dristig, og noe Curtis selv innrømmet. «Det er avgjort en svimlende tanke at vårt eget sunivers kanskje bare er ett blant utallige andre universer», som han uttrykte det.

I dag kan det virke underlig at det for bare 100 år siden var en diskusjon om Melkeveien var hele universet, og det viser den kolossale utviklingen kosmologien har gjennomgått siden den gang.

De to astronomene møtte imidlertid enorme vanskeligheter når de forsøkte å måle de enorme avstandene i universet, noe dagens kosmologer også strever med hver eneste dag.

To teleskoper brøt grensene

Edwin Hubbles observasjoner på 1920-tallet, med det banebrytende Hooker-teleskopet, beviste at universet fortsetter millioner av lysår utenfor Melkeveien.

Siden den gang har romteleskopet som er oppkalt etter ham, latt forskerne skue mange milliarder lysår ut i verdensrommet.

Lähigalaksi, Andromeda

For 100 år siden: Det er bare én galakse

Spiraltåker som Andromeda ble for hundre år siden betraktet som fenomener innen vår egen galakse, Melkeveien.

Edwin Hubble målte avstanden til dem og fastslo at de lå mye lenger unna og var selvstendige galakser. Melkeveien var altså bare én galakse av mange.

Kaukainen galaksi

I dag: Det finnes 100 milliarder galakser

Romteleskopet Hubble har vist oss at det er minst 100 milliarder galakser i universet – og kanskje dobbelt så mange.

De fjerneste galaksene ser vi på bildet som små, røde prikker. Det lyset vi mottar fra dem, ble sendt ut for om lag 13 milliarder år siden.

Vi har alltid undervurdert universet

Universet har vokst gjennom hele astronomiens historie. Særlig når det gjelder vurderingen av avstanden til fjerne himmellegemer, som ofte har blitt voldsomt undervurdert.

Den romersk-egyptiske matematikeren og astronomen Ptolemaios (om lag år 100–170) hadde forbløffende god oversikt over verdiene for blant annet avstanden til månen og størrelsen på jorda.

Han beregnet at avstanden til månen var 29,5 ganger jordas diameter – veldig tett på moderne målinger, som gir 30,2 ganger jordas diameter. Det var verre med sola.

Her kom han fram til en verdi som er bare fem prosent av den riktige. Og når det kom til stjernene på himmelen, gikk det helt galt.

Han anslo at de var om lag 10 000 jorddiametre unna. Det riktige svaret for den nærmeste stjernen, Alfa Centauri, er 6 455 555 555 jorddiametre.

Bedre blir det ikke av at Ptolemaios undervurderte jordas diameter, slik at hele universet hans, inkludert alle stjernene, ville fått plass mellom jorda og sola.

Mer presise målinger av størrelsen til himmellegemene og avstandene mellom dem kom til med astronomer som Tycho Brahe, Kopernikus og Kepler på 1500- og 1600-tallet, men de hadde fortsatt problemer med å måle store avstander.

Den eneste målestokken de hadde til rådighet, var såkalt parallakseberegning. Metoden går ut på å tegne en siktelinje mot en stjerne med et halvt års mellomrom.

Deretter kan avstanden til stjernen beregnes ut fra vinkelen mellom siktelinjene og diameteren på jordas bane rundt sola.

Metoden krever imidlertid mer presise instrumenter enn det Brahe og Kepler hadde til rådighet, så de kunne ikke engang beregne avstanden til de nærmeste stjerner.

Det er derfor forståelig at den tidens astronomer ikke kunne forestille seg noe fjernere enn stjernene på nattehimmelen.

Det kunne heller ikke Newton da han utga sitt store verk Philosophiæ naturalis principia mathematica i 1687. Likevel endret han synet på universet når han – inspirert av sitt fallende eple – viste at tyngdekraften styrer universet.

Han hevdet at de samme reglene styrer bevegelsene til alle himmellegemene, og at de alle sammen finnes i et ensartet rom. Med dette grunnla han det som i den moderne kosmologien kalles «det kosmologiske prinsipp».

Astronomene avskaffer universets sentrum

Forestill deg at du står på overflaten av en enorm oppblåst ballong. Du kan se i alle retninger langs overflaten, og uansett hvor du vender øynene, ser den lik ut.

Det er essensen av det kosmologiske prinsippet, som innebærer et oppgjør med alle forestillinger om at det er noe spesielt ved nettopp vår egen plassering i universet.

Prinsippet inneholder to antakelser. Den ene er at universet – når vi bruker en virkelig stor skala – er homogent, noe som vil si at det er stort sett likt overalt, slik at det har samme egenskaper uansett hvor vi befinner oss i det.

Den andre er at det er isotropt, altså at det ser likt ut i alle retninger.

Det kosmologiske prinsippet gjør at universet ikke har noe bestemt sentrum – eller at vi omvendt kan si at alle steder er sentrum – på samme måte som det er tilfellet med overflaten av ballongen.

Universet blåses opp som en ballong

Kosmologene mener universet i stor skala er homogent, og at det ser likt ut i alle retninger, uansett hvor vi befinner oss i det.

Antakelsen kalles «det kosmologiske prinsippet», og det gjør at det ikke finnes noe sentrum. Universet er som overflaten av en ballong.

Utvidelsen av universet innebærer at det blir lengre og lengre mellom galaksene.

Uansett hvilken galakse vi befinner oss i, vil vi se at alle de andre fjerner seg fra oss og fra hverandre – som om de var malt på overflaten av en ballong som blir blåst opp.

Observasjoner og målinger av den kosmiske bakgrunnsstrålingen tyder på at vårt synlige univers er flatt og dermed en del av et uendelig univers.

Det er ikke utelukket at det krummer littegrann og dermed kan være del av et gigantisk lukket – og dermed endelig – univers.

Både Isaac Newton og Albert Einstein bekjente seg til det kosmologiske prinsippet, men den generelle relativitetsteorien fra 1915 ga likevel kosmologene en ny måte å betrakte universet på.

Einstein forente tiden med de tre romlige dimensjonene og skapte sin romtid i fire dimensjoner, og med ligningene sine kunne han regne på modeller for universet som helhet.

Han møtte imidlertid raskt på et problem. Når han brukte ligningene på hele universet, kom han ikke fram til det resultatet han forventet.

Enten viste ligningene at tyngdekraften raskt ville få universet til å kollapse, og det hadde jo åpenbart ikke skjedd, eller så viste de at universet vokste, og det kunne heller ikke stemme, mente han.

På dette tidspunktet mente forskerne det var helt opplagt at universet var statisk, altså at det hadde en konstant størrelse.

Einstein løste i 1917 problemet ved å innføre en konstant i ligningene, som senere har blitt kjent som «den kosmologiske konstanten» – et grep Einstein senere angret bitter på og kalte for «mitt livs største tabbe».

Universet begynner å vokse

Einsteins største feiltagelse ble avslørt av et rekordstort teleskop som ble innviet samme år, i 1917.

Med et speil på 2,5 meter ga Hooker-teleskopet på Mount Wilson Observatory i California de skarpeste bildene noen gang – og astronomen Edwin Hubble brukte det til å revolusjonere hele vår oppfatning av universet.

Hubble tiltrådte en stilling ved observatoriet i 1919, og adgangen til teleskopet ga ham muligheter for å studere de spiralskyene som Shapley og Curtis hadde «Den store debatten» om i 1920.

Hubble var på jakt etter en helt spesiell type stjerner i skyene, nemlig de såkalte kefeidene.

Det spesielle ved disse stjernene er at de varierer i lysstyrke i en bestemt rytme, og det er en nøye sammenheng mellom rytmen og lysstyrken.

Ved å iaktta stjernens rytme kan astronomene altså beregne hvor mye lys den sender ut. Deretter er det ganske lett for dem å finne ut hvor langt unna den er, fordi de vet hvor mye lyset faller i intensitet over en bestemt avstand.

  • Edwin Hubble, astronomi

    "Astronomiens historie er historien om horisonter som trekker seg tilbake."

    Astronomen Edwin Hubble (1889–1953) i en beskjeden kommentar til sin egen revolusjonerende oppdagelse av at universet utvider seg.

Hubble fant kefeider i flere spiralskyer, blant annet Andromeda, og kunne i 1924 en gang for alle slå fast at det virkelig var snakk om fremmede galakser – som ligger mye lenger unna enn de andre stjernene på nattehimmelen.

Tross den epokegjørende oppdagelsen – at vår egen galakse bare er én blant utallige i et ufattelig stort univers – mente Hubble at det bare var ett enkelt kapittel i en større fortelling.

«Astronomiens historie er historien om horisonter som presses tilbake», som han sa.

Han fortsatte observasjonene på observatoriet og kunne etter hvert se lenger og lenger ut. Med det store teleskopet zoomet han inn på enda fjernere galakser og analyserte lyset fra dem.

Det førte i 1929 til et nytt gjennombrudd, som kom som en enda større overraskelse på astronomene. Hubble oppdaget at jo lenger unna en galakse var, desto mer rødlig var lyset fra den.

Fenomenet kalles rødforskyvning, og det oppstår ved at lysbølgene fra et himmellegeme strekkes ut hvis det beveger seg vekk fra oss.

Rødforskyvningen av lyset fra de fjerne galaksene kunne bare bety én ting. De fjerner seg fra oss, og de fjerner seg fra hverandre.

Hubble var mer praktisk astronom enn teoretisk kosmolog, så han undervurderte rekkevidden av oppdagelsen fordi han ikke oppfattet den som en egenskap ved hele universet.

Det var det andre som gjorde.

Einstein innså at universet ikke er statisk, som han trodde, men faktisk utvider seg. Dermed var det plutselig ikke lenger behov for den kosmologiske konstanten han tolv år tidligere hadde innført i ligningene sine.

Mens Einstein måtte vedgå sin «tabbe», kom gjennombruddet nærmest som bestilt for den belgiske presten og astronomen Georges Lemaître. Bare to år tidligere, i 1927, hadde Lemaître lansert ideen om et univers som utvider seg, og som derfor ikke alltid har eksistert.

Lemaître forestilte seg at universet ble født ved eksplosjonen av et «ur-atom», og at det har vokst kontinuerlig siden den gang.

Hubbles observasjoner passet perfekt til Lemaîtres bilde av at galaksene fjerner seg fra hverandre, på samme måte som hvis de var malt på overflaten av en ballong som blir blåst opp. Og hvis det var riktig, ville det også være mulig å regne baklengs til et tidspunkt da hele universet var samlet i ett punkt.

Lemaîtres tanker ble i de neste tiårene plukket opp av flere andre astronomer og utviklet seg til det vi i dag kjenner som big bang-modellen.

Men det var slett ikke alle som likte den modellen.

Universet har vokst i rykk og napp

Siden big bang har universet vokst i tre ulike epoker: en ultrakort periode med eksplosiv vekst som kalles inflasjonen, en lang periode med stabil vekst og en like lang periode der utvidelsen har akselerert.

  • Inflasjon

    Brøkdel av et sekund.

  • Stabil utvidelse

    Ca. 7 milliarder år.

  • Akselererende utvidelse

    Ca. 7 milliarder år.

Selve navnet «big bang» ble faktisk funnet opp av en av teoriens største motstandere, den britiske astronomen Fred Hoyle.

Han brukte uttrykket på en nedsettende måte i et radioprogram i 1949, da han argumenterte for sitt alternativ, den såkalte steady state-teorien.

Sammen med andre talsmenn for denne teorien mente Hoyle at universet riktignok utvider seg, men at det skjer på en måte som gjør at det likevel ikke forandrer seg.

Tanken er at det i takt med utvidelsen hele tiden skapes litt materie slik at universets tetthet forblir den samme. Slik tilførsel av ny materie har aldri blitt observert, men det kan ifølge teoriens talsmenn godt forklares med at det skal så lite til for å bevare tettheten.

Beregninger viser at det er nok med en mengde som svarer til om lag ett hydrogenatom per kubikkmeter i løpet av en milliard år, og derfor er det ikke så merkelig at vi ikke har lagt merke til det.

Steady state-teorien har innebygget det spesielle premisset at den ikke bare oppfyller det kosmologiske prinsippet, men «det perfekte kosmologiske prinsipp», fordi den løpende produksjonen av materier sikrer at universet ikke bare er homogent i alle romlige retninger, men også er homogent sett over tid.

Ifølge steady state-teorien er universet uendelig i både tid og rom, og i motsetning til big bang-modellen forutsetter den at universet ikke har noen begynnelse.

Forkjemperne for de to teoriene lå i intens strid med hverandre på midten av 1900-tallet, helt til en temmelig tilfeldig oppdagelse i 1964 plutselig ga den ene siden et veldig godt argument.

Radiostøy avslører universets fødselsdag

For de to radioastronomene Arno Penzias og Robert Wilson var støyen fra teleskopet 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.

Den 15 meter lange hornantennen i New Jersey hadde blitt til overs fra et utfaset satellittsystem, og de to astronomenes plan var å bruke den til å lytte etter radiosignaler fra verdensrommet.

Men uansett hva de gjorde, ble målingene hele tiden forstyrret av en enerverende bakgrunnsstøy som aldri ga seg. Penzias og Wilson rettet antennen vekk fra New York for å eliminere menneskeskapte radiokilder.

Støyen fortsatte.

De prøvde alle mulige andre retninger, men fortsatt med samme resultat. En omhyggelig gjennomgang av antennens horn avslørte at det var fullt av ekskrementer fra noen duer.

Kanskje var det årsaken til problemet.

De fjernet alt sammen, pluss et par duereder, og med et haglgevær gjorde de slutt på de siste gjenstridige fuglene. Nå var antennen ren – men støyen var der fortsatt.

Penzias og Wilson ble nå klar over at det ikke var antennen det var noe galt med.

De kom til å tenke på at fysikeren Robert Dicke hadde forutsagt at hvis big bang-modellen var riktig, ville det være en helt svak og ensartet stråling fra alle retninger som stammet fra universets fødsel.

De kontaktet Dicke, og sammen konkluderte de med at det nettopp var denne strålingen de hadde målt.

Året etter, i 1965, kunne både de to radioastronomene og Dicke publisere sine resultater og fortolkningen av dem.

Einstein gir universet form

Den kosmiske bakgrunnsstrålingen bekreftet både big bang-modellen og det kosmologiske prinsippet om at universet på er homogent og isotropt i stor skala.

Strålingen er nesten helt ensartet, uansett hvilken retning vi måler den i, og slik ville det også være hvis vi befant oss et hvilket som helst annet sted i universet.

Den kosmiske bakgrunnsstrålingen ble til da universet var bare 380 000 år gammelt. På det tidspunktet hadde universet blitt utvidet og avkjølt akkurat nok til at elektroner og protoner kunne gå sammen og danne atomer.

Det innebar at stråling – i form av fotoner som tidligere ble stoppet av de frie elektronene – nå kunne bevege seg uhindret gjennom universet.

Astronomene snakker derfor om at universet ble «gjennomsiktig». Bakgrunnsstrålingen utgjør dermed også grensen for hvor langt det er mulig for oss å se tilbake i tid.

Med oppdagelsen av bakgrunnsstrålingen fikk universet plutselig en utviklingshistorie.

Big bang-modellen kan fortelle om når universet ble født og hvordan det senere har forandret seg. Men ikke nok med det. Bakgrunnsstrålingen kan også avsløre universets form.

Da Einstein utga sin generelle relativitetsteori, begynte flere astronomer å bruke ligningene hans til å regne på hvilken geometri universet som helhet kunne ha.

En av dem var russeren Aleksandr Fridmann. Allerede i 1922 la han fram modeller for hvordan det kunne se ut hvis det skulle oppfylle både Einsteins ligninger og det kosmologiske prinsippet.

På den helt store skalaen må universet krumme seg på samme måte uansett hvor vi befinner oss i det, og det kan faktisk bare oppfylles på tre ulike måter.

Universet kan være lukket, altså som overflaten av den ballongen vi tidligere har forestilt oss. Et lukket univers har en begrenset utstrekning.

Hvis vi tenker oss at vi sender to parallelle lysstråler av sted i et lukket univers, vil de før eller senere møtes, på samme måte som lengdegradene på jorda møtes ved polene.

Den andre muligheten er at universet krummer seg på en motsatt måte, noe som resulterer i et såkalt åpent univers som nærmest har form som en hestesal.

Her vil de to lysstrålene aldri møtes, men tvert imot fjerne seg mer og mer fra hverandre. Det åpne universet er ubegrenset, altså uendelig i alle retninger.

Den siste løsningen ligger nøyaktig midt mellom de to førs­te og kalles det flate universet. Her vil våre to lysstråler fortsette å være parallelle. Som det åpne universet er det flate universet uendelig.

Astronomene holder på å få form på universet

Den generelle relativitetsteorien gir muligheter for tre ulike måter universet kan krumme seg på.

De tre måtene gir det ulike egenskaper og er avgjørende for om det har en endelig utstrekning. Så langt tyder observasjoner på at universet er flatt.

  • Et lukket univers

    Et lukket univers har positiv krumming og begrenset utstrekning.

    Her vil to lysstråler som sendes av sted parallelt, møtes før eller senere, og vinklene i en trekant vil til sammen være over 180 grader.

  • Et flatt univers

    Et flatt univers har ingen krumming og uendelig utstrekning.

    Her vil de to parallelle lysstrålene aldri møtes, og summen av vinklene i en trekant er 180 grader, som vi kjenner det fra geometri i to dimensjoner.

  • Et åpent univers

    Et åpent univers har negativ krumming og uendelig utstrekning.

    Her vil de to lysstrålene over store avstander fjerne seg fra hverandre, og vinklene i en trekant vil til sammen være mindre enn 180 grader.

Siden oppdagelsen av bakgrunnsstrålingen har den blitt kartlagt flere ganger.

Satellittene COBE, WMAP og Planck har gitt oss mer og mer detaljerte målinger av strålingen, og analyser av den tyder på at universet er flatt – eller i hvert fall veldig tett på å være flatt.

For astronomene var universets form av nokså avgjørende betydning fordi den hang uløselig sammen med hvordan universets framtid ser ut.

For eksempel ville den lukkede formen innebære at tyngdekraften til syvende og sist ville få overtaket over universets utvidelse, slik at det en gang måtte begynne å trekke seg sammen og ende i en kollaps, et såkalt big crunch.

Men slike forestillinger endret seg radikalt fram mot årtusenskiftet, da enda en forbløffende oppdagelse snudde allting på hodet.

Og enda en gang skyldtes det at noen astronomer utnyttet en ny målestokk – som kunne rekke lenger ut i universet enn tidligere.

kart over den kosmiske bakgrunnsstrålingen

Kart over den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Den kosmiske bakgrunnsstrålingen, som ble oppdaget i 1964, var et viktig bevis for big bang-teorien. Med ett sto det klart at universet ikke er statisk og har en uendelig fortid, men at det tvert imot har en begynnelse og en utviklingshistorie.

© WMAP Science Team

Universets vekst akselererer

Astronomer elsker supernovaer, men særlig en helt spesiell type, Ia, kan gi dem blanke øyne og holde dem våkne hele natten.

Denne typen supernova oppstår nemlig på en spesiell måte, noe som innebærer at lyset fra dem kan brukes til avstandsmåling.

En Ia-supernova starter i et dobbeltstjernesystem der den ene av stjernene er en såkalt hvit dverg.

Hvis det er liten avstand mellom de to stjernene, suger den hvite dvergen gradvis til seg materie fra partneren, helt til den til slutt oppnår en bestemt kritisk masse. Deretter eksploderer den som en supernova, og lyset er så kraftig at det overstråler lyset fra alle andre stjerner i galaksen.

Fordi astronomene kjenner den kritiske massen, kjenner de også supernovaens absolutte lysstyrke, og derfor kan de beregne avstanden til den, på samme måte som Hubble kunne med kefeidene.

Supernovaene er imidlertid mye kraftigere enn kefeidene og kan derfor ses mye lenger unna.

I 1998 gikk den amerikanske astrofysikeren Saul Perlmutter og kollegene hans i Supernova Cosmology Project på jakt etter Ia-supernovaer i veldig fjerne galakser. De målte lyset fra dem og beregnet deretter avstanden.

Samtidig undersøkte de, akkurat som Hubble, hvor mye lyset var rødforskjøvet, det vil si hvor raskt galaksene beveger seg vekk fra oss.

Lyset fra de veldig fjerne galaksene har brukt mye mer tid på å reise mot oss enn lyset fra galakser som ligger nærmere.

Derfor er lyset eldre og kan fortelle om hvor raskt universet utvidet seg for milliarder av år siden. Og her kom overraskelsen: De fjerne galaksenes hastighet så ut til å være vesentlig mindre enn den burde være i henhold til den sammenhengen Hubble hadde funnet fram til.

  • Saul Perlmutter, astrofyysikko

    "Det vi opplevde, var som å kaste opp et eple i lufta og se det forsvinne ut i verdensrommet. "

    Astrofysikeren Saul perlmutter, etter at han med en gruppe kolleger hadde gjort den forbløffende oppdagelsen at universets utvidelse akselererer.

Det kunne bare være én forklaring: Universets galakser fjernet seg langsommere fra hverandre for milliarder av år siden enn de gjør i dag.

Med andre ord akselererer universets utvidelse!

«Det vi opplevde, svarer til å kaste opp et eple i lufta og se det forsvinne ut i verdensrommet», sa Perlmutter senere om den forbløffende oppdagelsen.

Han refererte naturligvis til historien om eplet som ga Newton erkjennelsen av tyngdekraftens natur. Her var utfallet imidlertid stikk motsatt av det de forventet.

Samtidig med Perlmutters gjennombrudd kom en rivaliserende forskergruppe ledet av Adam Riess fram til de samme resultatene, og både Perlmutter og Riess fikk i 2011 nobelprisen for innsatsen.

Erkjennelsen av at universets utvidelse akselererer, viser at det finnes en kraft som virker motsatt av tyngdekraften. Hvis det bare var tyngdekraften som var involvert, ville ikke utvidelsen akselerere, men derimot avta med universets alder.

I vår egen galakse og i det nærmeste nabolaget av galakser ser vi ikke effekten av den motsattrettede kraften fordi tyngdekraften på disse avstandene er mye sterkere.

Men i den virkelig store kosmologiske skalaen spiller den ukjente kraften en avgjørende rolle – og faktisk utgjør den opp mot 70 prosent av den samlede mengden materie og energi som finnes i hele universet.

Den ukjente kraften fikk allerede i 1998 navnet «mørk energi» av den amerikanske kosmologen Michael Turner, fordi den ikke vekselvirker med elektromagnetisk stråling, som for eksempel lys.

Men navnet er også treffende fordi forskerne mildest talt er helt i mørket når det gjelder å forstå hva den mystiske kraften egentlig består av.

Rommet fylles opp med mørk energi

En av de merkverdige sidene av mørk energi er at det hele tiden blir mer og mer av den.
I takt med at den mørke energien får universet til å utvide seg, blir den gjennomsnittlige tettheten av materien i universet logisk nok lavere og lavere. Men tettheten av mørk energi er konstant, så i et voksende univers vokser mengden av den tilsvarende.

Det gir den akselererende effekten, der mørk energi skaper utvidelse som gir plass for ny mørk energi, som skaper ytterligere utvidelse, og så videre.

Selv om forskerne ikke kjenner den dypere naturen til den mørke energien, kan de regne på virkningen av den, og det viser seg at den rent matematisk harmonerer svært godt med den kosmologiske konstanten som Einstein innførte i ligningene sine i 1917. Den ideen han selv oppfattet som en tabbe, var altså slett ikke så dum.

Den kosmologiske konstanten kan oppfattes som et mål for det som også kalles vakuumenergien. Det er den minimumsenergien – også kalt nullpunktsenergi – som er til stede i et perfekt vakuum i rommet.

Problemet er imidlertid at det er enormt stor forskjell på den verdien forskerne kan regne seg fram til og den verdien som passer med observasjonene, og det betraktes i dag som et av vitenskapens aller største uløste mysterier.

Det får imidlertid ikke astronomene til å tvile på big bang-teorien. En lang rekke andre observasjoner stemmer så godt overens med teorien at den i dag er akseptert som modell for universets historie. Den gir også et bilde av universets størrelse.

Lyset fra de fjerneste galaksene vi kan se i universet, er rødforskjøvet så mye at astronomene kan regne ut at det er nesten 13,8 milliarder år gammelt.

Det innebærer at universet har den samme alderen. Umiddelbart skulle man tro at disse galaksene må ligge 13,8 milliarder lysår unna oss, men slik er det faktisk ikke.

Fordi universet har utvidet seg mens lyset fra galaksene har vært underveis mot oss, er de i dag mye lengre unna enn den gang de sendte ut lyset. Faktisk ligger de fjerneste galaksene vi kan se lyset fra, i dag 46,1 milliarder lysår unna.

Og det gjelder selvfølgelig i alle retninger. Det innebærer at det astronomene kaller «det synlige universet», har en diameter på 92,2 milliarder lysår.

Men hva med «det usynlige universet», altså den delen av universet som er enda lenger unna, og som vi ikke kan se? Her blir kosmologene mer forsiktige – men enkelte har likevel forsøkt å gi et anslag.

Det usynlige universet kan være uendelig

I 2016 satte et team av forskere ved University of Oxford seg som mål å beregne størrelsen på det usynlige universet.
De samlet alle de avstandsmålingene de kunne få fatt i, på alle tenkelige objekter, og satte dem inn i en veldig komplisert datamodell.

Deretter lot de datamaskinen regne på alle mulige ulike scenarier der målingene kunne gi mening. Blant annet regnet datamaskinen på sannsynligheten for at avstandsmålingene passet med ulike krumminger av universet og hva det ville bety for universets overordnede geometri.

Datamaskinens mest sannsynlige svar konsentrerte seg omkring et univers som er nesten flatt.

Et helt flatt univers vil innebære at utstrekningen er uendelig hvis det kosmologiske prinsippet holder. Det sier jo at universet er likt i alle retninger, og i et flatt univers kan det bare oppfylles hvis det er uendelig.

Men vi kan også forestille oss et usynlig univers som er så stort at vårt synlige univers bare utgjør en ganske liten del av det – som hvis vi tegnet en liten sirkel på overflaten av en gigantisk ballong.

I så fall ville vi oppleve at vårt synlige univers var tilnærmelsesvis flatt, selv om det i virkeligheten krummet seg littegranne.

Astronomenes forsiktige fortolkning av datamaskinens resultater er at det usynlige universet er minst 251 ganger så stort som det synlige.

Det gir det en diameter på 23 343 milliarder lysår, men forskerne understreker at det godt kan være enda større – ja, kanskje til og med uendelig stort.

Uansett hvor stort universet er, kan vi være ganske sikre på én ting: Det er i full gang med å vokse seg enda større.

De siste sju milliarder årene har den mørke energien overtrumfet tyngdekraften i universet, så utvidelsen har skjedd raskere og raskere. Den utviklingen vil fortsette.

Den mørke energien vil dominere universet mer og mer. Utvidelseshastigheten vil etter hvert bli mye større enn den er i dag, og galaksene i universet vil fjerne seg mye raskere fra hverandre.

Her er det viktig å huske at den hastigheten en galakse fjerner seg med, faktisk kan bli større enn lysets hastighet, som er den absolutte fartsgrensen i universet.

Det skyldes at avstanden til galaksen ikke vokser fordi galaksen i seg selv beveger seg vekk fra oss, men fordi det er selve rommet mellom den og oss som utvider seg.

De fjerneste stedene i det synlige universet, som ligger 46,1 milliarder lysår unna, fjerner seg nå fra oss med en hastighet som er ti ganger så høy som lysets hastighet, på grunn av universets utvidelse.

Det lyset som måtte komme fra disse områdene i framtiden, vil derfor aldri nå fram til oss.

Slik vil det også gå med galakser som i dag ligger nærmere oss. De vil på et tidspunkt fjerne seg så raskt at vi ikke lenger kan se lyset fra dem, og i en fjern framtid vil det slett ikke være mulig å observere andre galakser enn vår egen.

Vi kan derfor prise oss lykkelige for at vi lever i en epoke av universets utvikling der vi har et spennende utsyn til fremmede spiralgalakser, ellipsegalakser, kvasarer og andre eksotiske astronomiske fenomener.

Hvis vi levde i en senere epoke, ville alt vi hadde muligheter for å observere, ligge innen vår egen galakse, og vi ville sikkert konkludere med at Melkeveien utgjorde hele universet – akkurat som astronomene mente for 100 år siden.

Teleskoopit

Horisonten vår i universet er begrenset av lysets hastighet

Grensene for utsikten vår bestemmes av et samspill mellom lysets hastighet og den hastigheten universet vokser med.

Hubblen horisontti

Hubble-horisonten

14,5 milliarder lysår fra oss ligger den såkalte Hubble-horisonten. Galaksene som ligger utenfor denne grensen, beveger seg vekk fra oss raskere enn lyset.

Det lyset som sendes ut i dag ved denne grensen, vil være det siste vi ser fra dette området.

Näkyvä kaikkeus

Det synlige universet

Vårt synlige univers rekker 46,1 milliarder lysår ut i alle retninger. Lyset fra de fjerneste objektene i dette området ble sendt ut for nesten 13,8 milliarder år siden.

Det lyset himmellegemene sender ut i dag, vil vi aldri kunne se.

Det usynlige universet

Lyset fra himmellegemer som nå ligger mer enn 46,1 milliarder lysår unna, har ikke nådd fram til oss enda.

Og det lyset som i dag sendes ut fra dette området, vil aldri nå fram til oss.

Les også:

Første stjerner
Stjerner

Astronomer finner universets eldste stjerner

2 minutter
Universet

Nå starter jakten på mørk energi

0 minutter
Einstein tavle
Relativitetsteorien

Einstein krummer hele universet

8 minutter

Logg inn

Feil: Ugyldig e-postadresse
Passord er påkrevd
VisSkjul

Allerede abonnement? Har du allerede et abonnement på magasinet? Klikk her

Ny bruker? Få adgang nå!