Vil løse gåten om Big Bang

Dansk forsker skal bruke målinger fra den europeiske satellitten Planck til å zoome inn på universets begynnelse.

Publisert
ESA kaller satellitten Planck for «en tidsmaskin som skal gjøre det mulig å forstå universets utvikling». Denne videoen fra ESA TV gir et inntrykk av arbeidet.

Kosmisk bakgrunnsstråling:

Den kosmiske bakgrunnsstrålingen er en svak, elektromagnetisk stråling fra verdensrommet. Strålingen består av fotoner og mottas fra alle retninger på himmelen. Den er en rest fra det svært varme og tette universet som oppsto etter Big Bang.

Bakgrunnsstrålingen ble målt for første gang i 1965 og er senere blitt undersøkt av flere satellitter.

(kilde: videnskab.dk)

Var det noe før Big Bang? Og hva skjedde det egentlig den gangen for 13,7 milliarder år siden?

Disse spørsmålene skal Martin Snoager Sloth prøve å finne svar på i det nye året. 1. januar starter han sin helt egne forskningsgruppe på Syddansk Universitet, som over de neste fem årene skal undersøke data fra den europeiske satellitten Planck.

Satellitten, som er sendt av opp Den europeiske romfartsorganisasjonen, ESA, er nå i gang med å foreta målinger av den såkalte kosmiske bakgrunnsstrålingen, som består av lyspartikler som stammer fra Big Bang. Studier av denne strålingen kan gi nye svar på hva som egentlig skjedde.

– Vi vil etablere en dypere forståelse av universets opprinnelse, sier Sloth, som kommer fra en stilling ved CERN og Universitetet i Genève i Sveits.

Planck-satellitten har registrert data siden 13. august 2009. De første målingene av den kosmiske bakgrunnsstrålingen er trolig klare i det nye året. (Foto: ESA)
Planck-satellitten har registrert data siden 13. august 2009. De første målingene av den kosmiske bakgrunnsstrålingen er trolig klare i det nye året. (Foto: ESA)

Ekkoet fra Big Bang

Hvis man reiste mer enn 13,7 milliarder år tilbake, ville man oppleve et univers som var helt sammenpresset og ekstremt varmt. Det ville dessuten være helt bekmørkt, fordi de fotonene som sørger for synlig lys, hele tiden ble stoppet av frie protoner og elektroner.

Siden den store eksplosjonen har universet hele tiden utvidet seg, og etter vel 380 000 år ble det plass til strålingen fra fotonene fordi det var blitt mer avstand mellom protoner og elektroner. Universet ble gjennomsiktig og lyset kunne bryte fram.

Deretter har fotonene reist gjennom det ekspanderende verdensrommet – som et snapshot av universet slik det så ut den gangen. Fotonene er altså stråling fra Big Bang som har reist uhindret gjennom universet; i dag har den blitt til bakgrunnsstråling av mikrobølger.

Nye målinger av bakgrunnsstråling

Strålingen er blitt undersøkt ved flere anledninger. Blant annet kan den brukes til å måle temperaturen av hele universet.

Strålingen er, som resten av universet, blitt kaldere i takt med at universet har utvidet seg. I dag er strålingen 2,73 grader kelvin, altså minus 270 grader celsius. Det betyr at hele universet holder denne temperaturen.

Planck-satellitten er i full gang med å foreta nye og svært nøyaktige målinger av den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Disse kan fortelle om universets opprinnelse.

Det er de målingene den danske kosmologiforskeren Martin Snoager Sloth og forskningsgruppen hans skal se nærmere på. Målet er å teste og utfordre de nåværende modellene for universets opprinnelse.

Planck har også samlet inn data om støv- og gasspartikler i galaksen vår, Melkeveien. (Foto: ESA)
Planck har også samlet inn data om støv- og gasspartikler i galaksen vår, Melkeveien. (Foto: ESA)

Mangelfull modell

Først og fremst er det mangler ved det som kalles standardmodellen for Big Bang.

– Universet er egentlig svært homogent. Det ser likt ut i alle retninger. Fordelingen av galakser er den samme i alle retninger. Og strålingen fra Big Bang, den kosmiske bakgrunnsstrålingen, er også lik i alle retninger, forklarer Sloth.

– Dette har standardmodellen problemer med å forklare. Det er simpelthen et hull i modellen.

Samme antrekk

Problemet er at informasjon ikke kan spres raskere enn lyshastigheten. Det betyr at to punkter ikke ville kunne nå hverandre hvis de var mer enn 380 000 lysår fra hverandre da bakgrunnsstrålingen brøt fram, 380 000 år etter Big Bang.

– Men vårt synlige univers var på det tidspunktet mange ganger større enn 380 000 lysår. Det vil si at to punkter i hver sin ende av det synlige universet ikke hadde tid til å utveksle informasjon på det tidspunktet, forteller Sloth.

– Det svarer til at 100 000 mennesker dukker opp til den samme festen i nøyaktig samme antrekk, og så sier de alle at det var en tilfeldighet. Man ville tenke at må ha mottatt en invitasjon med en dresscode før festen.

Universet kan ha utvidet seg raskt

Det finnes flere forslag til løsning. En av de mest populære er den såkalte inflasjonsmodellen.

Den går ut på at universet hadde en kort periode med en ekstraordinært rask utvidelse (inflasjon) sekundet etter Big Bang, noe som gjorde universet homogent. Ifølge standardmodellen har universet utvidet seg med en avtagende fart, men det kan altså ikke forklare det ensartede universet.

– Inflasjonsmodellen er basert på en hypotese om den såkalte inflasjonpartikkelen, som fungerer som den dresscoden som mangler i standardmodellen. Ifølge inflasjonsmodellen er det denne partikkelen som driver den raske utvidelsen av universet.

Planck-satellittens romteleskop er utstyrt med et 1,5 meter stort speil som er levert av DTU Space i Danmark. (Foto: ESA)
Planck-satellittens romteleskop er utstyrt med et 1,5 meter stort speil som er levert av DTU Space i Danmark. (Foto: ESA)

Var det noe før Big Bang?

En konkurrerende teori heter før-Big Bang-modellen, som går ut på at universet trakk seg sammen før Big Bang, og begynte å utvide seg igjen etter den store eksplosjonen.

– Ifølge dette scenariet trakk universet seg langsomt sammen seg til en svært tett og varm tilstand, før det igjen begynte å utvide seg. Big Bang er tidspunktet der universet gikk fra å trekke seg sammen til å utvide seg, forteller Sloth.

– Alt stoff og all stråling i universet kommer, ifølge denne modellen, fra en såkalt curvatonpartikkel som jeg var med på å oppdage for ti år siden. Man kan si at hvis Gud lot det bli lys, så er Gud enten en inflasjonpartikkel eller en curvatonpartikkel, alt etter hvilken modell som er riktig.

Første målinger klare i 2012

De svært nøyaktige målingene Plack-satellitten kan levere, kan gi forskerne svar på dette spørsmålet.

– Vi kan måle temperaturendringer ned til fem desimaler. Det er detaljene i bildet av universet da det var 380 000 år gammelt, forklarer Sloth.

– Ved å studere strålingen med Plancks mikrobølgeteleskop vi se om dresscoden ba om en inflasjonpartikkel eller en curvatonpartikkel. Dermed kan vi få svar på om løsningen var en raskt akselererende utvidelse eller en langsom sammentrekning.

De første målingene vil trolig være klare i løpet av 2012.

___________________

© videnskab.dk. Oversatt av Lars Nygård for forskning.no