Denne artikkelen er produsert og finansiert av Universitetet i Oslo - les mer.
Romteleskopet Planck har samlet data om den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Forskere har brukt dataene til å utvikle metoder som kan gi svar på spørsmålet om hvordan universet oppsto, om mørk materie og om mørk energi.(Illustrasjon: ESA)
Nå vet forskerne mye mer om The Big Bang, men venter på gode nok måleinstrumenter som kan oppdage strålene fra starten på universet
De kaller det et epokegjørende gjennombrudd i analyser av gravitasjonsbølger.
For å oppdage gravitasjonsbølger er det ikke bare nødvendig med veldig avanserte og sofistikerte instrumenter. Man må også ha gode metoder for å tolke alle dataene som kommer fra eksperimentene.
– Det har vært investert milliarder av dollar og euro i å lage best mulig detektorer, sier professor Hans Kristian Eriksen ved UiOs Institutt for teoretisk astrofysikk.
Selv jobber han på den andre siden – med å utvikle best mulig analysemetoder. I forrige uke kunne han og kollegaene i prosjektet Beyond Planck legge frem oppsiktsvekkende resultater.
– Dette kan ses på som et epokegjørende gjennombrudd i hvordan man analyserer dataene, sier Eriksen.
Nå står analysemetoden klar når nye måleinstrumenter om noen år klarer å oppdage gravitasjonsstråler fra The Big Bang og dermed gi oss mer detaljerte bilder av hva som faktisk skjedde under det store smellet for 13,8 milliarder år siden.
Har vært kjent siden Einstein
Helt siden Albert Einsteins generelle relativitetsteori entret arenaen for over 100 år siden, har disse bølgene vært en del av teorien om hvordan universet henger sammen.
Ifølge den generelle relativitetsteorien er gravitasjonsbølger energi som forplanter seg utover fra en kilde i en bølgeform med lysets hastighet.
– Da universet oppsto, sto hele rommet og vibrerte. Den vibrasjonen sendte sjokkbølger utover, og dette er de gravitasjonsbølgene vi er på jakt etter, sier Eriksen.
– Problemet er at de er veldig, veldig svake. De har beveget seg gjennom universet helt siden The Big Bang og de har blitt tynnet ut og tynnet ut og tynnet ut.
Gravitasjonsbølger ble først påvist gjennom faktiske målinger i 2016. Bølgene som ble målt den gangen, stammet ikke fra The Big Bang, men fra en kollisjon mellom sorte hull for 1,3 milliarder år siden.
Kart over galaktisk støv i Melkeveien, produsert av Beyond Planck. Denne strålingen må fjernes med ekstrem nøyaktighet for å finne signalet fra The Big Bang.(Foto: Trygve Leithe Svalheim / Svalheim et al. 2020)
Bedre bilde av The Big Bang
Metoden Eriksen har vært med på å utvikle, har allerede forbedret bildet av The Big Bang.
– Vi har fått et riktigere bilde av når de første stjernene ble født, og det er dette som er mest diskutert i fagmiljøet for tiden, sier han.
– Usikkerhetene om når dette skjedde, er ifølge vår modell 30 prosent større enn det som har vært rapportert tidligere.
I vitenskapen er det utrolig viktig å vite hvor store slike usikkerheter er. Det er omtrent like viktig som det faktiske tallet.
– Så langt har vi anvendt metoden på data fra ESAs Planck-satellitt, som er det ledende eksperimentet i miljøet i dag, sier Eriksen.
– Ingen ville trodd på denne metoden å gjøre det på hvis vi ikke hadde demonstrert det på ekte data.
Annonse
– Vi har bygget en maskin som kan analysere data fra forskjellige eksperimenter samtidig, sier professor Hans Kristian Eriksen.(Foto: Ingunn Wehus / UiO)
Nobelgrossist
Men blikket hans er først og fremst rettet fremover, nærmere bestemt ti år fremover og i retning Japan.
– Den som er nærmest oppskytning, er et japansk instrument som heter Litebird. Den håper vi tar av i 2030.
– Det er først da vi får en reell mulighet til å finne de gravitasjonsbølgene vi er på jakt etter, sier Eriksen.
Gravitasjonsbølgene har allerede gitt to nobelpriser. Eriksen tror ikke det stopper der.
– Alle regner med at det å finne de første gravitasjonsbølgene fra The Big Bang, vil gi en tredje nobelpris, sier professoren.
Kan se hverandres blindsoner
Tiden vil vise om det er japanerne eller andre som er først ute. Men når de nye instrumentene fanger signalene de er ute etter, står i hvert fall analysemetodene klare. Det har Beyond Planck-prosjektet sørget for.
– Dette er et metodegjennombrudd for å forstå og for å måle det tidlige universet. Vi har ikke fått dataene ennå, men nå har vi metoden vi trenger for å analysere dataene når de kommer, sier Eriksen.
– Vi har bygget en maskin som kan analysere data fra forskjellige eksperimenter samtidig. Før har hvert instrument sittet på sin tue – nå blir vi et fellesskapsprosjekt der alle jobber sammen.
Alle instrumenter har sine blindsoner. Istedenfor at de hver for seg skal løse slike problemer, kan de samarbeide med andre som kanskje har løsningen tilgjengelig.
– Målet nå er å samle hele fagfeltet med et titalls forskjellige eksperimenter og analysere alt samtidig, slik at vi kan bruke styrken til det ene eksperimentet til å løse problemet til det andre, sier Eriksen.
Annonse
Dette arbeidet ledes av professor Ingunn Wehus ved Institutt for teoretisk astrofysikk gjennom prosjektet Cosmoglobe.
– Cosmoglobe-prosjektet skal bruke metodene som er utviklet i Beyond Planck til å samle hele fagfeltet i ett felles prosjekt og modellere alt som trenger å modelleres, sier Eriksen.
Fremtidens fysikk
Universets begynnelse er et av de sentrale feltene der dagens fysikk ikke er helt i mål. Klarer de å finne ut hva som skjedde der og da, kan det også kaste lys over et par andre helt sentrale spørsmål: mørk materie og mørk energi.
– Det er snakk om å måle partikkelfysikk på energier som er mange, mange ganger høyere enn det de gjør i Cern, for eksempel. Fysikk under The Big Bang er noe helt unikt, som det ikke går an å gjøre på andre måter, sier Eriksen.
– Det hadde vært veldig fint å kunne pensjonere seg og vite at vi har en komplett teori om hvordan universet ble til.
Han innrømmer at det er optimistisk. Men drømmer likevel om svar på de tre store spørsmålene: Hvordan ble universet skapt? Hva er mørk energi? Hva er mørk materie?
– Om 30–40 år er det ikke usannsynlig at vi kan ha fått svar, sier Eriksen.
Beyond Planck
Beyond Planck er et internasjonalt forskningssamarbeid som ledes fra Universitetet i Oslo.
Målet er å utvikle en revolusjonerende ny statistisk metode for å avbilde The Big Bang gjennom detaljert modellering av komplementære observasjoner.
18.–20. november hadde de en lanseringskonferanse der de la frem dokumentasjon på sin nye analysemetode.
