Det hittil største 3D-kartet av universet får forskere til å stusse.

Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) har kartlagt universet i enorm skala i tre år.

Forskere har brukt dataene til å studere innflytelsen til mørk energi – en hypotetisk kraft som kan forklare hvorfor universets utvidelse akselererer.

Det de fant, skurrer med den ledende modellen om universets utvikling.

Denne modellen sier at den mørke energien driver frem en akselererende ekspansjon med en konstant kraft.

De nye dataene, kombinert med andre datasett, tyder imidlertid på at den mørke energien kan ha svekket seg og at universets utvidelse gikk noe raskere før. 

– Med de nye dataene ser det ut til at den mørke energien er dynamisk og ikke konstant, forklarer Hans Arnold Winther.

Ser sprekker 

Dette er en stor nyhet i forskningsmiljøet nå, bekrefter Hans Arnold Winther. 

– Resultatet bygger seg inn i en lang rekke med ting de siste årene der vi begynner å se sprekker i standardmodellen for kosmologi. 

Noe annet det har vært mye snakk om, er at målinger av Hubble-parameteren ikke stemmer helt med hverandre. Denne parameteren sier hvor fort universet utvider seg. 

Hvis man sammenligner svaret man får fra studere supernovaeksplosjoner, passer det ikke nøyaktig med svaret om man ser på den kosmiske bakgrunnsstrålingen. 

– Dette har vært med oss i ti år, og resultatene har bare blitt sterkere og sterkere, sier Winther.

Det kan tyde på at det trengs ny fysikk for å beskrive universet riktig. 

Universet hever som en bolle

Universet utvider seg stadig. Avstanden mellom fjerne galakser blir større, som rosiner i en bolledeig i ovnen som hever.  

Målinger har vist at for cirka fire milliarder år siden begynte utvidelsen å akselerere. 

Egentlig burde utvidelsen gått saktere over tid. Tyngdekraften virker tiltrekkende og burde vært en brems. 

Den beste forklaringen er at noe ukjent som kalles mørk energi, har drevet frem en raskere ekspansjon ved å virke frastøtende. 

Den mørke energien vant

Et forslag er at mørk energi er en form for vakuumenergi, energi i et tomt rom som skyldes fluktuerende felter og partikler som oppstår og utslettes. 

Det er foreslått at denne energien har konstant tetthet og kan representeres ved den  kosmologiske konstanten. Albert Einstein kom opp med konstanten for å beskrive et statisk univers som ikke kollapset inn i seg selv. 

Mens tettheten av materie har blitt mindre ettersom universet har utvidet seg, har tettheten av mørk energi holdt seg lik. 

På et tidspunkt ble tettheten til mørk energi størst, og «den mørke energiens frastøtende gravitasjon begynte å akselerere opp universets utvidelsesfart», som det beskrives i Store norske leksikon. 

Endrer seg? 

– Det DESI-resultatene viser, er at det ser ut som den kosmologiske konstanten ikke er konstant, sier Hans Arnold Winther. 

– Det ser ut til å være noe dynamisk som foregår. 

DESI er et internasjonalt eksperiment hvor 900 forskere fra forskjellige institusjoner er med. I prosjektet er det kartlagt rundt 15 millioner galakser og kvasarer igjennom elleve milliarder år.

Resultatene ble nylig presentert på en konferanse og er forhåndspublisert på nett. 

– Det DESI har gjort, følger en lang rekke med eksperimenter som går på å kartlegge fordelingen av galakser i universet vårt. Dette startet vi med for 25 år siden, sier Winther.

I begynnelsen startet man med titusener av galakser. Etter hvert ble det hundretusener, og nå flere millioner galakser. 

Bedre data

– Jo mer data vi har, jo strammere blir begrensingen for parameterne i modellen vår, sier Winther. 

– Nå har begrensingene blitt så stramme at vi kan se forskjeller der kanskje standardmodellen for kosmologi begynner å bryte sammen. 

Denne modellen kalles ΛCDM. Bokstaven Λ uttales lambda, står for den kosmologiske konstanten og er en form for mørk energi. CDM står for kald mørk materie. 

Modellen kan på best og enklest måte forklare hvordan universet har utviklet seg og hvorfor det ser ut som i dag. Modellen sier at universet består av fem prosent vanlig materie, 68 prosent mørk energi og 27 prosent mørk materie. 

Forskere vet ikke hva den mørke energien og mørke materien er. 

Robuste resultater

DESI-forskerne har sett på millioner av galakser spedd utover. 

– Noe av det vi kan måle fra fordelingen av galaksene, er en standard ruler. Altså en lengdeskala som er innprentet i galaksedistribusjonen i det veldig tidlige universet, sier Winther. 

– Vet du hvor lang lengdeskalaen er, kan du bruke det til å måle utvidelseshastigheten i universet. 

DESI forskerne har nå gjort dette veldig nøyaktig. 

– Resultatene de har kommet med virker veldig robuste. De er vanskelige å bortforklare, sier Winther.

Ikke en passende løsning

Samtidig er det veldig vanskelig å få det til å passe at den mørke energien er dynamisk, sier Winther. 

Det er mange scenarioer man har sett for seg, men at mørk energi skulle være skiftende, har de aller fleste vært skeptiske til, sier kosmologen.

Dynamisk mørk energi kan heller ikke løse trøbbelet med den tidligere nevnte Hubble-parameteren, sier Winther.

– Det gjør den bare verre. 

– Vi er litt i villrede nå. Hva er det universet prøver å fortelle oss? 

Det er ikke bare å koke opp ny eksotisk fysikk som løser et av problemene, sier Winther.

– En må kunne løse alle samtidig og få et konsistent bilde av universet der alle eksperimentene peker til samme modell. Det er utfordringen. 

Har betydning for hvordan universet dør

Det er en spennende tid å forske på kosmologi, sier Winther.

Det kommer nye store prosjekter de neste årene som kan hjelpe til med å fortelle hva som foregår. 

Det europeiske romteleskopet Euclid er i gang med en egen kartlegging av universet på de største skalaene og skal kaste lys over nettopp mørk energi. 

Hvordan den mørke energien oppfører seg, har betydning for hvordan universet til slutt ender. 

Det kan hittil se ut som at universet vil utvide seg i det uendelige. Til slutt vil alle galaksene fly så langt fra hverandre at de ikke kan ses lenger. Stjernene vil dø. Man ender opp med et evig mørkt, tomt univers. 

Hvis utvidelsen derimot sakker ned og stopper, kan tyngdekreftene vinne og kanskje kollapser alt i en «big crunch». 

– Det er fortsatt stor usikkerhet om hva som skjer i fremtiden, før vi har spikret hva mørk energi faktisk er, sier Winther.

Hvis den mørke energien er dynamisk, er neste spørsmål «på hvilken måte», sier han. Kommer den til å svekke seg eller styrke seg igjen? 

– Akkurat nå kan vi ikke si så mye om hva som kommer til å skje i framtiden. 

LES OGSÅ

– Enten er det noe galt med målingene, eller så er det noe galt med modellen

Partikkelfysikk: Milliardplanene til CERN begynner å ta form