Mysteriet med universums expansion

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

För lite över hundra år sedan visste ingen på vår planet att universum expanderade. Men trots alla problem och olyckor som det tjugonde århundradet förde med sig för mänskligheten, var det detta århundrade som präglades av vetenskapliga och tekniska framsteg. På otroligt kort tid har vi lärt oss mer om världen och universum än någonsin tidigare.

Idén att vårt universum har expanderat under de senaste 13, 8 miljarder år föreslogs först av den belgiske fysikern Georges Lemaitre 1927. Två år senare kunde den amerikanske astronomen Edwin Hubble bekräfta denna hypotes. Han fann att varje galax rör sig bort från oss och ju längre den är, desto snabbare händer det. Idag finns det många sätt på vilka forskare kan förstå hur snabbt vårt universum expanderar i storlek. Här är bara siffrorna som forskare får i färd med att mäta, varje gång de visar sig vara olika. Men varför?

Universums största mysterium

Som vi vet idag finns det ett nära samband mellan avståndet till en galax och hur snabbt den avtar. Så, säg, en galax på ett avstånd av 1 megaparsec från vår planet (en megaparsec är ungefär lika med 3,3 miljoner ljusår) rör sig bort med en hastighet av 70 kilometer per sekund. Och galaxen som ligger lite längre bort, på ett avstånd av två megaparsek, rör sig dubbelt så snabbt (140 km/s).

Det är också intressant att det idag finns två huvudsakliga metoder för att bestämma universums ålder, eller, vetenskapligt, Hubble-konstanten. Skillnaden mellan de två grupperna är att en uppsättning metoder tittar på relativt nära objekt i universum, medan den andra tittar på mycket avlägsna. Men oavsett vilken metod forskarna använder är resultaten olika varje gång. Det visar sig att antingen gör vi något fel, eller någonstans långt borta i universum, så händer något absolut okänt.

I en studie som nyligen publicerades på preprintservern airxiv.org använde astronomer som studerade närliggande galaxer en smart metod för att mäta universums expansion som kallas fluktuationer i ytljusstyrkan. Det är ett fint namn, men det innehåller en idé som faktiskt är intuitiv.

Föreställ dig att du står i kanten av en skog, mitt framför ett träd. Eftersom du är väldigt nära ser du bara ett träd i ditt synfält. Men om du backar lite så ser du fler träd. Och ju längre du går, desto fler träd kommer att dyka upp framför dina ögon. Ungefär samma sak händer med de galaxer som forskare observerar med teleskop, men mycket mer komplicerat.

Hur vet du universums expansionshastighet?

För att få bra statistik observerar astronomer galaxer som är ganska nära jorden, cirka 300 miljoner ljusår eller närmare. Men när man observerar galaxer är det nödvändigt att ta hänsyn till damm, bakgrundsgalaxer och stjärnhopar som kan ses på bilder tagna med ett teleskop.

Universum är dock listigt. Sedan 1990-talet har astronomer sett att mycket avlägsna exploderande stjärnor alltid har varit längre bort än enkla mätningar skulle tyda på. Detta fick dem att tro att universum nu expanderar snabbare än tidigare, vilket i sin tur ledde till upptäckten av mörk energi - en mystisk kraft som accelererar den universella expansionen.

Som författarna till det vetenskapliga arbetet skriver, när vi tittar på mycket avlägsna föremål, ser vi dem som de var förr, när universum var yngre. Om universums expansionshastighet då var annorlunda (säg 12-13,8 miljarder år sedan) än den är nu (mindre än en miljard år sedan), kan vi få två olika värden för Hubble-konstanten. Eller kanske olika delar av universum expanderar i olika takt?

Men om expansionshastigheten har förändrats, är vårt universums ålder inte alls vad vi tror (forskare använder universums expansionshastighet för att spåra dess ålder). Detta innebär i sin tur att universum har en annan storlek, vilket innebär att tiden det tar för något att hända också kommer att vara annorlunda.

Om du följer denna kedja av resonemang, så visar det sig i slutändan att de fysiska processerna som ägde rum i det tidiga universum ägde rum vid olika tidpunkter. Det är också möjligt att andra processer var inblandade som påverkar expansionstakten. I allmänhet är det någon form av röra. "Varav det följer att vi antingen inte förstår tillräckligt bra hur universum beter sig, eller så mäter vi det felaktigt", konstaterar författarna till studien.

Hur som helst är Hubble Constant ett hett omdebatterat ämne i det astronomiska samfundet. Den nya studien har dock lagt till ännu fler frågor, så kampen mot osäkerhet kommer att bli lång. En dag kommer naturligtvis vår förståelse av kosmos att förändras. Men när det händer måste kosmologer leta efter något annat att argumentera om. Vad de definitivt kommer att göra.