Det er ikke småtterier en forskergruppe ved Senter for høyere studier har satt seg som mål å tallfeste. Ved hjelp av gravitasjonslinser skal de kartlegge intet mindre enn avstander i verdensrommet, Hubbles konstant, universets alder og massetetthet.
"Newton fant at gravitasjonen virket både på jorden og på himmellegemene."
Albert Einstein påviste allerede i 1915 at gravitasjonsfelter kunne bøye lysstråler. Relativitetsteoriens far var som vanlig forut for sin tid: Fenomenet ble observert i praksis først fire år senere. Sjur Refsdal var også forut for sin tid, da han i 1964 publiserte en teori om at Einsteins gravitasjonslinser kunne brukes til å bestemme avstander i verdensrommet og universets ekspansjonshastighet.
Artikkelen i det britiske Royal Astronomical Societys tidsskrift Monthly Notices gav Refsdal en internasjonal status han har beholdt siden, men av forståelige grunner gikk det ikke an å teste teorien i praksis: Det første gravitasjonslinsefenomenet ble ikke observert før i 1979. Senere er det blitt observert en rekke slike linser.
Sjur Refsdal og Rolf Stabell har fått et år fri fra sine professorstillinger i hhv. Hamburg og ved Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo (UiO), for å lede en internasjonal forskergruppe ved Senter for høyere studier (SHS) i Oslo. De sikter langt videre enn til å kartlegge avstanden til galakser og kvasarer som danner gravitasjonslinser. Teknikkene deres kan nemlig også brukes til å bestemme Hubbles konstant, som har vært en av de mest sentrale og omdiskuterte størrelsene i kosmologien siden den amerikanske astronomen Edwin Hubble lanserte den i 1929.
En nøyaktig verdi på Hubbles konstant er bl.a. viktig for å fastslå universets alder, som det fortsatt hersker stor usikkerhet om. - Universet er 12 milliarder år gammelt - pluss/minus tre milliarder. Mer nøyaktig går det ikke an å si det i dag, konstaterer den danske forskningsstipendiaten Jens Hjorth.
Vil vite hva som er der ute
- Vi jobber i hovedsak på to måter. Den ene består i å kjøre datasimuleringer, hvor vi skyter et stort antall lysstråler gjennom modeller av gravitasjonslinser for å studere effektene. Den består i å benytte moderne bildebehandlingsprogrammer til å analysere bilder av gravitasjonslinser som er tatt med bl.a. Hubble-romteleskopet og det nordiske teleskopet NOT (Nordic Optical Telescope) på La Palma, forteller Stabell.
- Hensikten er rett og slett at vi vil vite hva som er der ute. Vi ønsker å finne ut hva de ulike gravitasjonslinsene består av, hvor store masser det er snakk om, og vi er ute etter informasjon om lyskildene. Vi ønsker også mer informasjon om massefordelingen i universet, supplerer Refsdal. For en legmann kan det være vanskelig å forstå hvordan man kan vite at to lysende prikker på stjernehimmelen egentlig er to forskjellige bilder av den samme kvasaren.
- Det kan vi finne ut ved å se på lysspekteret og variasjoner i lysstyrken. Kvasarer har det nemlig med å variere i styrke, og disse variasjonene vil vise seg i begge bildene. Men variasjonene vil som regel vise seg til forskjellig tid, fordi lysstrålene som danner de ulike bildene, har gått litt forskjellige veier gjennom verdensrommet, og disse veiene er som oftest ikke like lange. Man får også en tidsforskjell på grunn av at lysstrålene går gjennom tyngdefelter med litt forskjellig styrke. Lysstrålene fra en kvasar som ligger 10 milliarder lysår ute i verdensrommet, kan typisk komme fram til en observatør på jorden med ett til to års mellomrom, forteller Refsdal.
Den mørke materien
Stabell og Refsdal presiserer at det er mange faktorer som kan komplisere observasjonene av lysstrålene de er på jakt etter.
- Hvis gravitasjonslinsen er en galakse, kan det forekomme at en stjerne passerer i nærheten av de lysstrålene vi studerer. Vi har påvist at én stjerne, ja, til og med én eneste planet kan være nok til at lysstrålene påvirkes gjennom det vi kaller mikrolinsing, og kompliserer det bildet vi mottar med våre instrumenter. Faktisk vil enhver materieansamling gi opphav til gravitasjon og linseeffekter. Hvis vi kan observere disse linseeffektene, kan vi også observere hvor mye materie som finnes i det aktuelle området. Dette fenomenet gir oss økt kunnskap om den såkalte mørke materien, som antakelig utgjør mer enn 90 prosent av massen i universet, forteller Stabell.
- Partikkelfysikerne vil gjerne ha det til at den mørke materien er noe veldig eksotisk, f.eks. elementærpartikler som ennå ikke er påvist, men det er også mulig at denne materien er sorte hull, eller for den saks skyld planeter, asteroider, stein og grus. Jorden er et eksempel på mørk materie! legger han til.
I parentes bemerket: Mengden mørk materie i universet er kanskje et enda viktigere forskningsfelt enn å fastsette en nøyaktig verdi for Hubbles konstant. Hvis materiemengden er over et visst nivå, kommer nemlig universet til å begynne å trekke seg sammen igjen en eller annen gang i fremtiden. I så fall ender universet i et stort “knus”, som avslutter den prosessen som begynte med Det store smellet for 12 milliarder år siden. Pluss/minus tre, som Jens Hjorth sier.
