En pusling fra tiden før lyset

Nøytrinoet er partikkelen som får atomkjernen til å virke som en kjempeklump. Astronomer fra Sveits og Italia har oppdaget at disse partikkel-puslingene bærer et budskap om universets første sekunder etter Big Bang. Og det tidlige Universet var nettopp klumpete.

Denne artikkelen er over ti år gammel og kan inneholde utdatert informasjon.

"Mikrobølgestråling fra de to himmelkulene nord for (venstre) og syd for (høyre) Melkeveien. (Illustrasjon: NASA)"
"Mikrobølgestråling fra de to himmelkulene nord for (venstre) og syd for (høyre) Melkeveien. (Illustrasjon: NASA)"

Når astronomene peker med radioantenner mot stjernehimmelen, kan de høre en svak hvisking. Det er ekkoet av strålesmellet som tente Universet etter Big Bang for over 13 milliarder år siden.

De urgamle lysstrålene er omformet slik at vi ikke lenger kan se dem. De har blitt til mikrobølger - samme type bølger som varmer opp middagsrester i de tusen hjem. (Se faktaboks) Men mikrobølgene fra himmelrommet er rester av noe mye større!

"Mikrobølge-bakgrunnsstrålingen observert med COBE-satellitten. (Illustrasjon: NASA)"
"Mikrobølge-bakgrunnsstrålingen observert med COBE-satellitten. (Illustrasjon: NASA)"

Et kart over himmelen sett med mikrobølge-øyne er et kaos av flekker med svakere og sterkere stråling. Og nå kan altså astronomene bruke disse strålings-flekkene til å tegne et bilde av Universets begynnelse. Flekkene viser at nemlig at den første ur-materien var klumpete.

Den lille klump-fjerneren

Her kommer nøytrinoet inn i bildet, denne puslingen som sniker seg ubemerket gjennom tonnevis med materie. Ja, så uunnseelig er nøytrinoet at de aller fleste av dem smetter tvers gjennom jordkloden. Selv hvis du hadde en blyvegg som var 9 000 milliarder kilometer tykk, ville bare halvparten bli stoppet.

Fra lys til mikrobølger

Både lys og mikrobølger er elektromagnetiske bølger. Det eneste som skiller lys fra mikrobølger er bølgelengden.

Mens lys har bølgelengder på under en milliarddels meter, er mikrobølgene fra 30 centimeter til en millimeter.

I en mikrobølgeovn brukes mikrobølgene til å få vannmolekylene i maten til å vibrere, slik at maten blir oppvarmet.

Mikrobølger brukes også til å overføre fjernsyn og andre signaler til og fra kommunikasjonssatellitter.

Hjemmeparabolen er en mikrobølgeantenne. Radioastronomene bruker svært store paraboler for å fange opp den svake mikrobølgestrålingen fra Universet.



Det aller første lyset fra Universets barndom har fått bølgelengden omformet nedover fra lyslengde til mikrobølgelengde.

Hvorfor? Etter den første store eksplosjonen Big Bang har Universet stadig utvidet seg. Derfor er alle deler av Universet på vei vekk fra hverandre.

Når en bølgekilde fjerner seg, vil bølgene virke lengre. Det er som når du kjører i en småbåt vekk fra dønningene: Duvingen vil bli langsommere og dønningene vil virke lengre enn hvis du kjører mot dem. Dette kalles Doppler-effekten.

Ved å se hvor mye lengre bølgene har blitt, kan forskerne beregne farten som bølgekilden har vekk fra oss.

Astronomen R. Trotta fra Universitetet i Genève og hans italienske kollega med det tradisjonsrike stjernetydernavnet A. Melchiorri har funnet ut at disse nøytronene må ha virket som den reneste jevning i den aller første ursuppen: De fjernet klumpene.

Selv om nøytrinoene er små, har de likevel en viss innflytelse på omgivelsene. Tyngdekraften deres har dradd ur-klumpene fra hverandre og jevnet dem ut. Trotta og Melchiori har trolig påvist hvordan neutrinoene endret det tidlige Universet.

Et kikkehull mot tiden før lyset

Det er her det blir virkelig spennende. Nøytrinoene smetter lett forbi der andre partikler blir stoppet, og derfor kan de være våre veivisere tilbake til Universets begynnelse.

Universets tidligste historie ligger nemlig i mørke. Lyset var fanget inne i den supertette materien. Uten lys - ingen observasjoner.

Først 300 000 år etter Big Bang hadde urklumpen utvidet seg nok til å slippe lyspartiklene ut. Dette er opphavet til den aller første mikrobølgestrålingen som astronomene kartlegger i dag.

Nøytrinoene hadde det lettere. De smatt ut av urklumpen der lyspartiklene ble stoppet. Nøytrinoene kan bli forskernes kikkehull inn mot de aller første sekundene av Universets eksistens.

Tatt på fersken

Problemet er bare at nøytrinoene er så vanskelige å oppdage. Hvordan registrerer du en partikkel som smetter gjennom en hel planet? Først var nøytrinoer bare en teoretisk mulighet, postulert av Wolfgang Pauli i 1931.

I 1956 klarte forskerne Clyde Cowan og Frederick Reines for første gang å ta den lille snikeren på fersken. Ikke direkte, men ved å påvise spor på åstedet.

De brukte en atomreaktor for å spy ut tusener milliarder nøytrinoer per kvadratcentimeter per sekund og ledet dem inn i en vanntank 12 meter under bakken for å skjerme mot kosmisk stråling.

De aller fleste nøytrinoene snek seg unna, men tre ganger i timen smalt et nøytrino inn i et proton i vannet. Et lite glimt av gammastråling etter kollisjonen kunne fanges opp med følsomme instrumenter, og dermed var rakkeren avslørt.

På samme måte kan nøytrinoene påvises indirekte i mye større skala ved å se hvordan de har jevnet ut klumpene i urmaterien. Observasjonene til Trotta og Melchiorri er enda en liten, men viktig stein i det store teoretiske byggverket som beskriver hvordan Universet ble til.

Trotta og Melchiorri er som to detektiver. De åstedsgransker og bruker indisier til å dedusere seg bakover mot det store smellet, Big Bang.

Les mer:

Artikkelen til Trotta og Melchiorri

Powered by Labrador CMS