Fortiden og fremtiden
Der er masser af spørgsmål om universet, som vi endnu ikke kender svaret på. Hvordan er universet er opstået, og hvad der vil ske med det i fremtiden? Hvor stort er universet, og hvorfor er stoffet i universet ikke fordelt jævnt over det hele? Den type spørgsmål søger kosmologerne svar på. De prøver også at lære mere om den gådefulde mørke energi, der tilsyneladende skubber på, så universet udvider sig hurtigere og hurtigere. Og de studerer det mørke stof, som vi ikke kan se, men som der er meget mere af i universet end det almindelige stof, vi kan se.
GRUNDSTOFFER FRA SUPERNOVAER. De tungere grundstoffer dannes i stjerner, og kun i de allerstørste stjerner, som bliver til supernovaer, dannes jern og de grundstoffer, der er tungere end jern. (Foto: NASA/ESA/HEIC and The Hubble Heritage Team (STScI/AURA).
Kosmologien er i rivende udvikling
For omkring 100 år siden, var universets oprindelse et emne, som kun få forskere arbejdede med. De havde simpelthen ikke udstyr til at indsamle pålidelige data. Men i dag kan man udforske universet med ny teknologi som blandt andet teleskoper, der kan fange forskellige typer stråling fra universet. Den stråling indeholder data, som forskerne kan bruge til at forstå nogle af de ting, der sker i universet, og som skete i det tidlige univers. I dag er kosmologien et meget aktivt område inden for den eksperimentelle naturvidenskab.
Animationen viser en gruppe af tre galakser, der hedder EGS77. Det er den fjerneste galakse-gruppe, man havde fundet frem til januar 2021. Den er dateret tilbage til, da universet kun var 680 millioner år gammelt - mindre end 5% af dets nuværende alder på 13,8 milliarder år. Animationen viser, hvordan UV-lys fra stjernerne danner bobler af ioniseret hydrogen rundt om galakserne. (Animation: NASA).
Universet udvider sig
En af de ting, vi ved om universet, er, at det udvider sig. Ingen ved, om det vil blive ved med at udvide sig for evigt, men det tyder vores nuværende viden på – og endda med stadig større hastighed.
Lige meget i hvilken retning vi kigger, ser det ud som om de galakser, vi observerer, bevæger sig væk fra os. Det er, fordi Universet udvider sig. Men det er ikke galakserne, der bevæger sig. Det er universet, der bliver strakt i alle retninger.
Selvom alting ser ud til at bevæge sig væk fra os, betyder det ikke, at Jorden befinder sig i universets centrum. Faktisk har universet ikke et centrum, og uanset hvor du befinder dig i universet, vil alt omkring dig se ud til at bevæge sig væk.
Universet som en rosinbolle-dej
Forestil dig, at du sidder inde i en stor rosin bolle dej, og at du selv er en af rosinerne. Når dejen hæver, vil det ser ud, som om alt bevæger sig væk fra dig. Men du er ikke centrum i dejen. For hvis du var en af de andre rosiner i dejen, ville det også se ud som om, alt bevægede sig væk fra dig. Det hele udvider sig. Rosinerne skal forestille galakser i universet, og de bevæger sig alle sammen væk fra hinanden. Selve dejen forestiller rummet mellem galakserne, og dejen strækkes i alle retninger – ligesom rummet udvider sig i alle retninger.
Når universet udvider sig, er det rummet mellem de store klynger af galakser, der bliver større. Stjernerne inde i for eksempel Mælkevejen fjerner sig ikke fra hinanden. Og indholdet i universet – planeter, måner, mennesker – vokser ikke. Det svarer lidt til, at rosinerne i rosinbrødet ikke bliver større, når brødet hæver.
Se Sarah Pearson forklare mere om, hvor stort universet er
Du kan slå danske undertekster til.
Læs mere om Space with Sarah på “Læs mere om sitet” på forsiden.
Astrofysikeren Edwin Hubble gjorde os klogere på universet
Edwin Hubble opdagede andre galakser
Der findes en bestemt type stjerner, som hedder cepheider. De pulserer på en ganske bestemt måde, det vil sige de varierer i lysstyrke med en helt bestemt rytme. Desuden er der en nøje sammenhæng mellem en stjernes rytme og lysstyrke. Når man observerer en cepheide-stjernes rytme, kan man beregne, hvor meget lys den udsender. Og denne mængde lys kan nu bruges til at beregne, hvor langt væk den er. Det kan man beregne fordi, man ved, hvor meget en stjernes lys-intensitet aftager med afstanden.
Den amerikanske astronom Edwin Hubble fandt blandt andet cepheider i Andromeda-galaksen, som man dengang troede var en tåge i mælkevejen. Og i 1924 kunne han slå fast, at disse stjerner ikke var en del af vores egen galakse, men hørte hjemme I en fremmed galakse – Andromeda galaksen. Hermed havde han også dokumenteret, at vores egen galakse bare en én galakse i et enormt og måske uendeligt univers.
Universets udvidelse blev afdækket
Edwin Hubble opdagede også, at hele universet forandrer sig. Han observerede galakser og målte både deres afstand og deres hastighed. Hubble fandt ud af, at alle galakser bevæger sig væk fra os – bortset fra nogle af de allernærmeste (bl.a. Andromeda-galaksen). Og jo længere væk galakserne befinder sig, desto hurtigere bevæger de sig væk. I dag kalder vi denne sammenhæng for Hubbles lov.
Observationerne blev præsenteret i 1929, men Hubble prøvede ikke selv at komme med en forklaring på, hvorfor galakserne opfører sig, som de gør. Senere blev det klart, at galakserne følger Hubbles lov, fordi hele universet udvider sig. I praksis målte Hubble afstanden ved at observere cepheide-stjerner i galakserne. Hastigheden blev målt ved at se på galaksernes lys. Når en galakse bevæger sig væk, vil dens lys blive mere rødt, og når den nærmer sig, bliver lyset mere blåt. Det kaldes for hhv. rød- og blåforskydning.
Hvad er rødforskydning?
Fordi universet udvider sig, vil lyset fra fjerne galakser blive strakt ud på dets vej til Jorden. Når lyset ankommer til Jorden, og vi fanger det med vores teleskoper, har det fået en længere bølgelængde. Det er derved blevet forskudt mod den røde ende af farvespektret og vi kalder derfor denne effekt for rødforskydning.
Man måler rødforskydning ved at brede lyset fra en galakse ud til et spektrum. Forskellige grundstoffer i galaksen vil enten absorbere (opsluge) eller emittere (udsende) lys med meget karakteristiske farver. Det er de fysiske forhold i galaksen, der afgør, om der er tale om absorption eller emission – ofte er det begge dele. Absorptionen og emissionen giver henholdsvis mørke og lyse streger i spektret, der kaldes for spektrallinjer.
Her på Jorden har vi i laboratorier kortlagt, hvilke spektrallinjer forskellige grundstoffer skaber ved forskellige forhold. Ved at sammenligne spektrallinjerne i spektret fra en galakse med værdierne fra laboratoriet kan vi se, hvor meget linjerne er blevet forskudt og derfra bestemme rødforskydningen. Illustrationen viser dette princip med spektret fra en fiktiv galakse.
Det er dog ikke kun universets udvidelse, der forskyder spektrallinjerne. Hvis en galakse bevæger sig, vil det også skabe en forskydning af linjerne via dopplereffekten. Og denne forskydning kan enten være mod den røde eller den blå ende af spektret (blåforskydning). Denne forskydning kommer oven i rødforskydningen og gør den værdi, vi måler, enten større eller mindre, end den reelt er, og det er ikke muligt at se, om forskydningen skyldes bevægelse eller universets udvidelse. Dette giver altså usikkerhed på vores målinger af rødforskydning.
Der er ikke noget uden for universet
Når universet nu udvider sig, hvad udvider det sig så ud i? Baseret på vores nuværende viden er svaret på det spørgsmål, at der ikke er noget uden for universet, som det udvider sig i. Fra det blev dannet, var universet nemlig allerede uendelig stort. Udvidelsen strækker blot det uendelig store univers i alle retninger.
Ud fra vores almindelige menneskelige viden kan det være svært at forstå, at 'noget' kan udvide sig ud i 'ingenting'. Men det er, hvad vi kan sige i dag ud fra den viden, forskere har.
Men gennem forskningen får vi hele tiden mere viden om universet, så vores forståelse af universet vil med stor sandsynlighed ændre sig i fremtiden.
Det går hurtigere og hurtigere
Hubble fandt ud af, at jo større afstand en galakse havde, desto større var dens hastighed væk fra Jorden. Den må altså øge sin hastighed. Og selvom alle fjerne galakser bevæger sig væk fra os, er det ikke fordi, vi er i midten af universet. Det er fordi, hele universet udvider sig i alle retninger. Og omkring år 2000 fandt man ud af, at denne udvidelse går hurtigere og hurtigere.
GALAKSEHOBEN VIRGO. Billedet viser galaksehoben Virgo, som rummer mere end 1000 galakser. Mælkevejen er en del af denne galaksehob. Edwin Hubble fandt ud af, at universet udvider sig, og det betyder, at galakser og galaksehobe bevæger sig væk fra hinanden. (Foto: NASA/Rogelio Bernal Andreo).
Universets fremtid er kold og ukendt
Universet udvider sig, og det udvider sig hurtigere og hurtigere, det vil sige med stigende hastighed. Al udvidelse fører til, at universets temperatur falder – og jo mere universet udvider sig, desto koldere bliver det. Astronomerne ved dog endnu ikke ret meget om, hvad der får universets udvidelse til at accelerere, derfor kan de heller ikke sige med sikkerhed, om denne udvikling vil stoppe eller blive ved for evigt.
Hvis udvidelsen fortsætter med at accelerere for evigt, vil universet også eksistere for evigt, men ikke som vi kender det i dag. Stjernerne vil uddø og universet vil langsomt blive mørkere og koldere. Den samme mængde energi skal nemlig opvarme et større og større univers, når det udvider sig.
STJERNEFØDSEL I MÆLKEVEJEN. Billedet viser en søjle af gas og støv, der er tre lysår høj, og som er ved at blive fortæret af det skarpe lys fra kraftige stjerner i nærheden. I de tætteste dele af søjlen øverst i billedet ser man tydelige tegn på, at nye stjerner og måske også planeter er ved at blive født. (Foto: NASA/ESA).
Mørkt stof
Langt størstedelen af universet består af det, vi kalder mørkt stof og mørk energi. Det hedder sådan, fordi vi ikke kan se det, og fordi ingen rigtig ved, hvad det er.
Det mørke stof holder sammen på galakserne. Tyngdekraften fra massen af det synlige stof i en galakse er nemlig slet ikke nok til at holde stjernerne på plads. Der må være noget mere, som vi ikke kan se. Dette ”mere” har astronomerne døbt mørkt stof. Man ser også, at de store samlinger af galakser, de såkaldte galaksehobe, hovedsageligt består af mørkt stof.
Mørk energi
Universet udvider sig, og det sker oven i købet med større og større fart. Det kræver en enorm energi hele tiden at få universet til at udvide sig hurtigere og hurtigere, og endnu er der ingen, der er kommet med en god forklaring på, hvor alt den energi kommer fra. Derfor har fænomenet fået navnet mørk energi.
Før i tiden mente forskerne, at tyngdekraften fra den samlede masse i universet langsomt ville bremse udvidelsen og en dag få universet til at trække sig sammen igen. Men når vi kigger ud i universet, er der altså ikke meget, der tyder på, at det nogensinde vil ske. Tværtimod ser det ud til, at universets udvidelse får mere og mere fart på. Det vil sige, at den mørke energi virker modsat tyngdekraften, som en slags anti-tyngdekraft.
