Dette er kefeide-stjernen RS Puppis, en av de mest lyssterke variantene i Melkeveien, sett av Hubble-teleskopet. Denne stjernetypen spiller en viktig rolle i å bestemme hvor fort universet utvider seg.
Dette er kefeide-stjernen RS Puppis, en av de mest lyssterke variantene i Melkeveien, sett av Hubble-teleskopet. Denne stjernetypen spiller en viktig rolle i å bestemme hvor fort universet utvider seg.

Universet utvider seg, men astronomene er fortsatt ikke enige om hvor fort det går

– Jeg vil ikke gå så langt som å si at det er en krise, men vi er på vei mot en krise, sier astronom Håkon Dahle til forskning.no.

Universet utvider seg. Som en ballong som stadig pumpes opp, øker avstandene mellom galakser mer og mer for hvert sekund som går.

Selv om det ser ut som om disse fjerne galaksene beveger seg bort fra oss, er det egentlig selve rommet mellom oss som utvider seg.

Det er astronomene Edwin Hubble og Georges Leimaître som oppdaget fenomenet på 1920-tallet, og hvor fort denne utvidelsen går kalles Hubbles konstant.

På lang sikt vil alle galaksene i universet fly fra hverandre, og om mange milliarder av år vil vi ikke lengre se noe lys fra andre galakser på nattehimmelen. Melkeveien vil være isolert.

I mange tiår har astronomer og fysikere prøvd å finne en mer og mer presis måling på Hubbles konstant. Denne hastigheten beskriver noe helt grunnleggende om universet vi lever i, siden det har utvidet seg siden Big Bang.

Hvis du vet hvor fort og hvordan universet utvider seg nå, kan du også skru klokken bakover og si når universet oppsto. Samtidig sier Hubbles konstant noe om universets framtid, og hva som vil bli universets endelige skjebne.

Det er mange forskjellige metoder som kan brukes for å måle Hubbles konstant, men det har dukket opp et stort problem.

Edwin Hubble i 1931.
Edwin Hubble i 1931.

De mest presise metodene gir ikke det samme svaret. Den ene metoden gir et svar på omtrent 67 kilometer i sekundet per megaparsec, mens den andre gir 73 kilometer i sekundet per megaparsec. Dette høres ikke så mye ut, men forskjellen er betydelig og dramatisk. Akkurat hva disse metodene er skal vi komme tilbake til.

Megaparsec er et avstandsmål, og tilsvarer omtrent 3,3 millioner lysår. Så for hvert 3,3 millioner lysår man ser unna jorden, øker ekspansjonen med rundt 70 kilometer i sekundet.

Det betyr enten at det er noen systematiske feil med metodene som brukes, eller at det er noe ny og ukjent fysikk som ikke er med i beregningene. Denne uforklarlige forskjellen har blitt kalt krisen i kosmologien, blant annet av Scientific American.

– Jeg vil ikke gå så langt som å si at det er en krise, men vi er på vei mot en krise, sier Håkon Dahle til forskning.no. Han er astronom ved Universitetet i Oslo, og forsker blant annet på fenomener som er langt utenfor vår egen galakse.

– Uansett hva som er årsaken, er det viktig og interessant hvorfor det er sånn, sier han.

Mer og mer presist

– Det er 50/50-sjanse, tror Håkon Dahle.

Han sier det er en god sjanse for at det kan være noe ukjent fysikk som forklarer disse forskjellene, men at det fortsatt er for tidlig å utelukke noen muligheter.

En forskergruppe ledet av astrofysikeren Adam Riess ved John Hopkins-universitetet i USA har jobbet i flere tiår for å fjerne så mange usikkerheter ved en måling av Hubbles konstant som mulig.

Nå har de kommet med et mer presist anslag, i en forskningsartikkel som skal publiseres i tidsskriftet Astronomy & Astrophysics. Artikkelen kan leses her.

Og den store forskjellen er der fortsatt, samtidig som at usikkerhetene blir mindre. Dermed er det også mer sannsynlig at målingene faktisk er riktig, og at forskjellen skyldes noe fundamental fysikk som forskerne ikke vet om.

Men for å måle Hubbles konstant, må du vite hvor langt unna noe er ute i universet og hvor fort det beveger seg fra oss.

Siden disse fjerne galaksene beveger seg bort fra oss, er lysbølgene strukket ut, og har blitt rødskiftet. Dette betyr at lyset fra galaksene ser rødere ut på grunn av strekkingen av lyset, og basert på hvor mye lyset er strukket, kan man regne ut hastigheten.

Men avstanden er svært vanskelig, og det blir fort enda vanskeligere når du skal gjøre presise målinger av noe som er milliarder av lysår unna.

Tegningen viser hvordan universet har utvidet seg siden Big Bang for 13,77 milliarder år siden.
Tegningen viser hvordan universet har utvidet seg siden Big Bang for 13,77 milliarder år siden.

Spesielle og forutsigbare stjerner

Du må måle galakser som er veldig langt unna oss for å kunne si noe om hvor fort universet utvider seg, forklarer Dahle. Ekspansjonen er lik overalt i universet, men den er så liten at du må se over svært store avstander før den er målbar.

Metoden som Adam Riess og hans forskergruppe kontinuerlig utvikler, kalles den kosmiske avstandsstigen. Denne handler om å finne den presise avstanden til forskjellige stjerner i nærheten av oss, for så å finne avstanden til fjernere supernovaer i andre galakser.

Systemet er basert på at visse stjernetyper, kalt kefeider, har en forutsigbar og varierende lysstyrke. Dermed kan astronomene prøve å finne disse stjernene i vår egen og andre galakser, og få et utgangspunkt for å anslå avstanden.

Etter hvert som man beveger seg lengre og lengre vekk, kan ikke astronomene lengre se disse kefeidene. Da ser de etter bestemte og svært lyssterke stjerneeksplosjoner som også er forutsigbare, og dermed kan de måle seg dypere og dypere inn i universet.

Dette er restene av en supernova type 1a, som også brukes i den kosmiske avstandsstigen. Denne er i vår egen galakse.
Dette er restene av en supernova type 1a, som også brukes i den kosmiske avstandsstigen. Denne er i vår egen galakse.

Til slutt kan de regne ut avstanden på virkelig fjerne galakser, og bruke det som utgangspunkt for å finne ut hvor fort galaksen beveger seg fra oss.

Denne metoden er basert på flere steg, så små feil i rekken kan potensielt bygge seg opp og gi store usikkerheter.

Men den nye forskningen hevder å fjerne noen usikkerheter ved målinger av disse kefeidene, blant annet ved hjelp av Hubble-teleskopet. Forskerne har også brukt helt ferske og svært presise målinger av kefeider fra Gaia-teleskopet, som du kan lese mer om på forskning.no.

De kommer dermed fram til en Hubble-konstant med mindre usikkerheter enn før, men dette løser ikke den potensielle krisen i kosmologien.

Dahle forteller at de fortsatt må forbedre målingene av supernovaer for å fjerne enda mer usikkerhet, men at dette er den mest presise målingen av Hubbles konstant med denne metoden til nå.

Deres nye anslag er 73 kilometer per sekund per 3,3 millioner lysår, med rundt 1 prosent usikkerhet.

Men dette stemmer ikke med det som regnes som det sikreste anslaget av universets utvidelse.

Det store avviket

Den kommer fra den kosmiske bakgrunnsstrålingen - elektromagnetisk stråling som fyller hele rommet, og stammer fra en svært tidlig hendelse i universets historie - bare 370 000 år etter universets begynnelse.

Denne strålingen beskriver universet slik det var den gangen, og ved å bruke dette som utgangspunkt, kan forskerne se hvordan universet har utviklet seg. Og ifølge de gjeldene teoriene om universet slik vi kjenner det i dag, så burde universet utvidet seg i 67-68 kilometer per sekund per megaparsec (3,3 millioner lysår). Dette tallet kommer fra Planck-samarbeidet i 2018, som kartla den kosmiske bakgrunnsstrålingen.

Dette er et kart over den kosmiske bakgrunnstrålingen, sett av Planck-satellitten. De forskjellige fargene viser ørsmå temperaturforskjeller i bakgrunnstrålingen.
Dette er et kart over den kosmiske bakgrunnstrålingen, sett av Planck-satellitten. De forskjellige fargene viser ørsmå temperaturforskjeller i bakgrunnstrålingen.

Men det gjør det altså ikke, hvis målingene fra den kosmiske avstandsstigen stemmer. Men dette er ikke den eneste måten å komme fram til Hubbles konstant.

Dermed må man kanskje lete andre steder.

– Det som jeg synes er interessant, er å få andre målemetoder på banen, sier Dahle til forskning.no.

Metoder som ikke er avhengig av de samme faktorene som i den kosmiske avstandsstigen, og det er flere av dem. En av dem går ut på å måle lysforsinkelser gjennom gravitasjonslinser fra svært fjerne kvasarer. Du kan lese mer om denne metoden på forskning.no.

Denne metoden gir et svar på mellom 72 og 76 kilometer i sekundet per megaparsec, så den heller mer mot tallet fra den kosmiske avstandsstigen.

Ny fysikk og nye teleskop?

Enten så er det altså noe galt med en eller flere av metodene som brukes for å regne ut dette, eller så er det noe galt med de grunnleggende teoriene om universet som brukes for å regne ut Hubbles konstant fra den kosmiske bakgrunnsstrålingen.

Det siste alternativet betyr kanskje at det er noe ny og til nå ukjent fysikk som må regnes med , ifølge fysikkformidlerne i PBS Spacetime.

Det kan for eksempel være at til nå uoppdagede elementærpartikler egentlig må være med i modellen for at verdien på Hubbles konstant i dag skal bli riktig.

Et annet alternativ er at mørk energi - den teoretiske energien som faktisk får universet til å utvide seg raskere og raskere - ikke har vært konstant gjennom universets historie. Det kan gjøre at forskerne får en f2eil, forventet verdi på universets ekspansjon i dag.

Håkon Dahle forteller at mye av usikkerheten rundt disse spørsmålene kan bli mindre i løpet av de neste årene, på grunn av nye vitenskapelige instrumenter. NASAs forsinkede kjempe-romteleskop James Webb, skal etter planen skytes opp i oktober 2021.

Det digre speilet på James Webb-teleskopet ble satt sammen i 2016. Da var planen at teleskopet skulle opp i 2018, men det har latt vente på seg.
Det digre speilet på James Webb-teleskopet ble satt sammen i 2016. Da var planen at teleskopet skulle opp i 2018, men det har latt vente på seg.

Teleskopet har hatt store utviklingsproblemer, og oppskytningen har vært utsatt i godt over et tiår.

Dette teleskopet vil gi helt nye muligheter til å se svært fjerne hendelser og galakser nær universets begynnelse, noe som også vil gi nye muligheter til å måle Hubbles konstant.

Hvis du vil dykke dypere ned i tematikken, kan du ta en kikk på videoen til PBS Spacetime om temaet.

Powered by Labrador CMS