Hør Universets primalskrik

Ved å analysere den kosmiske bakgrunnsstrålingen har en amerikansk forsker laget lydsporet til Universets begynnelse. Venter du en kjempesmell, får du deg en overraskelse.

"De lyseste tonene i soundtracket til Universets begynnelse, er opprinnelsen til de første stjernene. De ble slått på rundt 200 millioner år etter Big bang - mye tidligere enn forskere har trodd til nå. (Bilde: WMAP/NASA)"
"De lyseste tonene i soundtracket til Universets begynnelse, er opprinnelsen til de første stjernene. De ble slått på rundt 200 millioner år etter Big bang - mye tidligere enn forskere har trodd til nå. (Bilde: WMAP/NASA)"

Lyden av Universets første én million år begynner som noe midt imellom en akkord og en buldring, som blir stadig dypere og med stadig økende volum. Etter hvert går Universet over i en vislelyd.

Klikk her for å høre lyden av de første én million årene komprimert til fem sekunder (wav).

Lyden av stjerner og galakser

- Et stadig dypere skrik, som bygger seg opp til et skurrende brøl, og ender i en øredøvende hvesing, sier Mark Whittle ved University of Virginia.

- Og som det ikke er imponerende nok; de lyseste tonene er opprinnelsen til den første generasjonen stjerner, mens de dype bassnotene sakte løser seg opp til å bli billedteppet av galakser som nå fyller hele rommet, fortsetter han.

- Det viser seg at Universets fødsel hadde sitt eget primalskrik, sier professoren som har brukt de siste dataene fra den kosmiske bakgrunnsstrålingen til å spille Universets lydspor.

Bakgrunnsstrålingen

Den kosmiske bakgrunnsstrålingen, eller etterdønningene etter Det store smellet, ble født rundt 380 000 år etter smellet.

Det handler om en rest fra universets barndom, som i dag har en temperatur på knappe tre grader kelvin - altså utrolig kaldt; så vidt over det absolutte nullpunkt.

"NASAs satellitt WMAP har tatt det siste bildet av bakgrunnsstrålingen. Den ble sendt opp i 2001, og går i bane rundt Jorda fire ganger lengre ute enn Månen. (Illustrasjon: NASA/WMAP)"
"NASAs satellitt WMAP har tatt det siste bildet av bakgrunnsstrålingen. Den ble sendt opp i 2001, og går i bane rundt Jorda fire ganger lengre ute enn Månen. (Illustrasjon: NASA/WMAP)"

Da teorien om Det store smellet som Universets opprinnelse ble framsatt, forutsatte den at det tidlige Universet var utrolig varmt, og at når det utvider seg, kjøles gassen i det ned.

Krusninger i bakgrunnsstrålingen

Dermed burde Universet være fylt av en stråling som bokstavelig talt er en etterlevning fra Det store smellet. Denne har fått navnet kosmisk bakgrunnsstråling, eller “cosmic microwave background radiation (CMW)”. Dette har astronomene klart å ta bilde av. Hvordan det er mulig, skal vi komme tilbake til litt seinere.

Krusninger eller uregelmessigheter i bakgrunnsstrålingen er som lydbølger som suser gjennom kosmos.

- Det er virkelig en veldig åpenbar ting å gjøre. Jeg var litt forundret over at ingen hadde gjort det før meg, sier Whittle til BBC.

Lyd i vakuum?

Du husker kanskje at du lærte på skolen at lyd ikke kan reise gjennom verdensrommets vakuum.

Da Universet ble til, var det ikke like tomt som det er nå. Som vi vet, utvider Universet seg hele tiden, så det var ganske mye mindre i begynnelsen.

All den massen vi nå ser i stjerner og galakser, var spredt jevnt utover i en varm og tynn gass, en slags kosmisk atmosfære. Det var i denne første skyen av gass at lydbølger kunne dannes, vokse og bevege seg.

Fryktelig lave toner

Så, hadde det vært mulig å høre Universet dersom vi hadde vært tilstede den gangen? Nei. For det første hadde vi ikke klart oss: Den ekstreme varmen i den tidlige flammeballen av et univers ville gjort oss til toast øyeblikkelig.

"Syv pianoer må til for å komme dypt nok."
"Syv pianoer må til for å komme dypt nok."

I tillegg er lydenes tonehøyde aaalt for lav til at vi ville oppfatte dem. Universets primalskrik ligger rundt 50 oktaver for lavt, faktisk. Dersom du tenker deg at du kunne fortsette de dypeste tangentene på pianoet med en rekke pianoer med stadig dypere tangenter, spilles den kosmiske konserten på det syvende pianoet i rekka.

Disse lydbølgene er 30 000 lysår lange, og det tar rundt 50 000 år for bare én bølgelengde å passere oss. Til sammenligning, kan vi fortelle at kammertonen A, som musikerne stemmer instrumentene sine etter, har en frekvens på 440 hertz, det vil si at 440 lydbølger passerer oss hvert sekund.

Vi skjønner at “bass” ikke en gang begynner å beskrive den dype brummingen fra det unge Universet.

Som en rockekonsert

Volumet på verdensromsymfonien, er imidlertid innenfor det menneskene kan fange opp - i alle fall de første én million årene. Rundt 400 000 år etter Big Bang observeres nemlig trykkvariasjoner på rundt én tusendel av gjennomsnittstrykket - noe som korresponderer til et volum på rundt 110 desibel, eller en typisk rockekonsert.

Professor Whittle har løftet den kosmiske lyden opp 50 oktaver, slik at våre ører kan høre den. Universets symfoni åpner som det passer seg med en positiv og majestetisk durakkord, men ettersom tiden går, skifter den til en tristere mollakkord.

"Volumet var på nivå med dette."
"Volumet var på nivå med dette."

Skiftet er vanskelig å høre, fordi det overdøves av to andre effekter. For det første blir tonene stadig lavere - flere oktaver lavere, i det dypere toner legges til blandingen og bølgene strekkes av Universets utvidelse. Kombinert med verdensrommets stadig økende volum, blir lyden ganske lik et jetfly som suser forbi.

Større Univers gir dypere toner

Universets toner blir dypere fordi det vokser. Dersom du har prøvd å spille på et vinglass en gang, vet du at mindre glass lager lysere toner, og større glass lager dypere toner.

I tillegg har de dype tonene hatt lenger tid å danne seg på. Én tones bølgelengde bestemmes nemlig av den tiden det tar for gassen å falle inn i og sprette ut av de små gravitasjonsvariasjonene som fantes den gangen.

- Mens lyden blir stadig dypere, blir den også stadig høyere i volum. Ironisk nok begynte Big bang stille. Lyden vokste med tiden, skriver Whittle.

Hvislelyden

Du legger sikkert også merke til overgangen som skjer rundt 400 000 år etter Det store smellet. Her kommer nemlig vislelyden. Først høres den nesten ikke, men så tar den helt over og drukner de første tonene i den dype akkorden.

Overgangen markerer en viktig overgang i den kosmiske historien: Universet blir plutselig gjennomsiktig. Før dette tidspunktet, var rommet fylt av en tett glødende skodde av gass. I en slik skodde fanger lyset gassene og spiller den dominerende rollen, slik at lydbølgene ikke får vokse noe særlig.

Ettersom det ekspanderende Universet kjøler seg ned, blir det ganske plutselig gjennomsiktig når temperaturen synker under 5 000 fahrenheit. Skodda letter, og gassen er ikke lenger fanget av lyset, men fri til å bevege seg.

Klumper seg sammen

Hvor drar så gassen? Først reagerer den på gravitasjonskreftene fra en skjult kjempe, nemlig mørk materie. Mørk materie er fremdeles et uløst spørsmål for forskerne, men de vet at det er seks ganger så mye av den som det er av atomær masse.

- Den mørke materien samler seg i klumper, trukket av sin egen gravitasjonskraft. Når den atomære gassen begynner å falle inn i disse klumpene, øker volumet enormt, og fordi mange av klumpene er små, er de dominerende tonene høye, og lyden blir en høy hvislelyd, skriver Whittle.

- Deretter forandrer lyden seg igjen ettersom gravitasjonen får overtaket på trykket, gassen faller inn i de minste klumpene med mørk materie, som kondenseres til den første generasjonen nyfødte stjerner. Det er disse første stjernene som lyser opp Universet igjen etter den første kalde natta - som begynte like etter at Universet ble gjennomsiktig, skriver Whittle.

Kart over bakgrunnsstrålingen

Nå lurer du kanskje på hvordan i huleste det er mulig å sitte her nede på Jorda og vite hvordan Universet hørtes ut da det ble til. Bakgrunnen er, som nevnt, oppdagelsen av utvidelsen av Universet i 1920, gjort av Edwin Hubble.

"Bildene viser bakgrunnsstrålingen over hele himmelhvelvingen, 380 000 år etter Big bang. Det øverste bildet er tatt av NASAs COBE-satellitt, som først fanget opp små temperaturvariasjoner (vist som fargevariasjoner på bildet). WMAP-bildet fra 2003 gir enda bedre fokus. (Bilde: NASA)"
"Bildene viser bakgrunnsstrålingen over hele himmelhvelvingen, 380 000 år etter Big bang. Det øverste bildet er tatt av NASAs COBE-satellitt, som først fanget opp små temperaturvariasjoner (vist som fargevariasjoner på bildet). WMAP-bildet fra 2003 gir enda bedre fokus. (Bilde: NASA)"

Utvidelsen impliserte at Universet ble født i en “eksplosiv” hendelse som seinere ble kalt Big Bang. I 1963 oppdaget Arno Penzias og Robert Wilson den svake mikrobølgestrålingen over hele himmelen. I 1992 så NASAs COBE-satellitt at bakgrunnsstrålingen var litt flekkete.

Disse ujevnhetene er ekstremt små, og kan sammenlignes med høyden av en bakterie på en bowlingball. Å fange opp ujevnhetene og måle dem var en veldig stor utfordring for forskerne. I løpet av 1990-tallet jobbet flere forskergrupper med å lage bedre kart over bakgrunnsstrålingen, og det siste resultatet kom i fjor, som NASAs kart over bakgrunnsstrålingen over hele himmelen, fra WMAP-satellitten.

Lyset bruker tid

Studier av bakgrunnsstrålingen og de små variasjonene som finnes i den, gir oss et bilde av strukturene som ga opphav til dagens univers. Det er også bakgrunnsstrålingen, og spesielt ujevnhetene i den, som er nøkkelen til professor Whittles akustiske fremstilling av Universets fødsel.

Bakgrunnsstrålingen kommer som nevnt fra Universet da det bare var 380 000 år gammelt. Det faktum at vi kan se tilbake i tid på denne måten, er et gammelt astronomisk triks: Lyset som kommer fra fjerne objekter ble sendt ut for lenge siden, for lyset bruker tid på sin reise gjennom rommet, slik at vi ser objektene slik de var den gangen, og ikke nå.

"NASAs WMAP-satellitt ser tilbake til etterdønningene av Big Bang, det første lyset som slapp fri i Universet 380 000 år etter det store smellet. Dette lyset har brukt over 13 milliarder år på å nå oss. I løpet av den tiden kondenserte store skyer av gass i det tidlige Universet (til venstre i bildet) til å danne de første stjernene. Så ble galakser og galaksehoper dannet i den store strukturen vi ser i dag (på høyre side). Temperaturvariasjonene som er synlige i bakgrunnsstrålingen i dag, korresponderer med frøene som vokste til galakser. (Illustrasjon: NASA/WMAP)"
"NASAs WMAP-satellitt ser tilbake til etterdønningene av Big Bang, det første lyset som slapp fri i Universet 380 000 år etter det store smellet. Dette lyset har brukt over 13 milliarder år på å nå oss. I løpet av den tiden kondenserte store skyer av gass i det tidlige Universet (til venstre i bildet) til å danne de første stjernene. Så ble galakser og galaksehoper dannet i den store strukturen vi ser i dag (på høyre side). Temperaturvariasjonene som er synlige i bakgrunnsstrålingen i dag, korresponderer med frøene som vokste til galakser. (Illustrasjon: NASA/WMAP)"


 

Dersom du ser på Sola, ser du for eksempel noe som skjedde for åtte minutter siden, på grunn av avstanden mellom Sola og Jorda på 149,6 millioner kilometer. Dette gjør det mulig for våre beste teleskoper, som for eksempel Hubble, å se nesten helt tilbake til Big bang. Vi klarer ikke å se helt tilbake, på grunn av den glødende skodda av gass som vi nevnte tidligere.

Mikrobølgestråling

Fordi vi kan se tilbake i tiden uansett hvor på himmelen vi retter blikket, eller hvor i Universet vi befinner oss, burde altså hele himmelen gløde svakt på grunn av lyset fra Det store smellet. Det gjør den også.

Vi ser det bare ikke med våre egne øyne. Utvidelsen av Universet sørger nemlig for at lyset skifter til å bli mikrobølger, noe som kalles rødskiftet i astronomien.

- Like mange mikrobølgefotoner faller på Jorda fra himmelen, som det faller lysfotoner fra fullmånen. Hadde vi hatt mikrobølgesensitive øyne, ville vi kunne finne veien selv i mørket, på grunn av lyset fra Universets begynnelse, skriver Whittle.

Som å ta bilde av havet

De små variasjonene i bakgrunnsstrålingen viser mer eller mindre direkte toppene og dalene på lydbølgene som beveger seg gjennom den varme gassen i det tidlige Universet. Det er mulig å se disse urbølgene - ikke i bevegelse, men frosset på stedet da de krysset tåkeveggen akkurat i det Universet ble gjennomsiktig.

- Situasjonen er noe av det samme som å se ned på havet og ta et fotografi: Hele samlingen av bølger er synlig på vannet, små bølger oppå store bølger oppå enda større bølger.

- Å analysere disse sammensatte mønstrene av ujevnheter med datamaskiner, kan gi det relative antallet og den relative styrken på bølger i forskjellige størrelser - med andre ord det relative volumet av høye og lave noter, forklarer Whittle.

Ti oktaver

Når forskerne tegner en graf over dette, kalles den “power spectrum”, og er en presis måte å karakterisere samlingen av bølger på, og dermed også kvaliteten og volumet på lyden.

Kunnskapen om bakgrunnsstrålingen har blitt stadig bedre, og spenner nå over ti oktaver. De fem høyeste oktavene korresponderer med akustiske bølger.

- De lavere oktavene er en annen historie, og tegner et bilde av enda tidligere tider, mindre enn ett nanosekund etter Big bang, skriver Whittle.

Som et fingeravtrykk

Så hvorfor er bakgrunnsstrålingen så viktig? Det handler nemlig ikke først og fremst om å finne ut hvordan det hørtes ut den gangen. Whittle bruker to metaforer for å forklare hvorfor kosmologene er så opptatt av bakgrunnsstrålingen:

"Hvordan har Universet utviklet seg? Hvordan ble for eksempel galaksene dannet? Og galaksehopene?"
"Hvordan har Universet utviklet seg? Hvordan ble for eksempel galaksene dannet? Og galaksehopene?"

- For det første, dersom du slår på et vinglass og deretter på en tekopp, skjønner du med en gang at de to objektene er forskjellige på mange måter. Lyden av et objekt er som et fingeravtrykk:

- Den er unik for objektet, og avslører mye om dets egenskaper. Det samme gjelder for Universet: Den opphavelige lyden bærer med seg mye informasjon om Universets struktur og egenskaper, skriver han.

Som DNA

- En annen mer menneskelig metafor er at bare 380 000 år inn i Universets liv, tilsvarer 12 timer inn i et menneskes liv. Nå, 12 timer etter unnfangelsen, er mennesket ørlite og formløst, og alt som er tilstede er menneskets DNA.

- Likevel er det, i dette DNAet, gjemt og kodet inn informasjon som bestemmer mye av hva barnet og den voksne vil utvikle seg til. Slik er det også med bakgrunnsstrålingen.

- Den avbilder et kompakt Univers som praktisk talt er formløst, men likevel gjemmer de små uregelmessighetene enorme mengder med informasjon, som vil bestemme hvordan Universet vil vokse og utvikle seg, skriver Whittle.

Pedagogisk

Han tror det å høre lydene fra kosmos gir et unikt perspektiv på Universets utvikling.

- Det trekker lytteren nærmere på andre måter enn bilder gjør, sier han.

Whittle presiserer at arbeidet hans ikke representerer noen ny forskning, men først og fremst er av pedagogisk karakter.

- Den eksisterende kunnskapsbasen i forskermiljøet for kosmologi er enorm, og jeg ville på ingen måte kunne bidra til utvidelsen av den. Mitt forskningsfelt er på aktive galakser, et helt annet tema. Det dette arbeidet kanskje gjør, er å introdusere en ny måte å presentere enkelte aspekter av dette spennende feltet, skriver Whittle.

Du kan laste ned flere lydspor av Universets opprinnelse fra professor Whittles egen hjemmeside, som du finner en lenke til nedenfor:

Lenker:

Professor Mark Whittle: Hjemmeside
Professor Mark Whittle: Big Bang Acoustics: Movie and Sound Files
Proffessor Mark Whittle: Pressemelding
BBC: “Birth cry” of the cosmos heard
New Scientist: Universe started with hiss, not bang
Forskning.no: En astrofysisk sensasjon?
NASA: Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP)

Powered by Labrador CMS