Læsetid: 4 min.

Universet set fra en ballon

29. maj 2000

Ballonmålinger tyder på, at universet er så flak som en pandekage

Universet
Forskerne taler om, at universet er fladt. Men hvordan skal dette forstås? Der er vel ikke tale om den fladhed, vi normalt forstår ved ordet 'flad'?
Ikke helt, og dog. Når man sammenligner universets udvikling med overfladen af en ballon, der bliver pustet op, vil krumningen af ballonens overflade blive mindre og mindre, jo større ballonen bliver. En pandekage lagt på overfladen vil altså være næsten lige så 'flak', som Jorden var i Holbergs komedie.
Vores univers er denne imaginære ballon, og den voksende afstand fra centrum ud til overfladen er det, vi kalder tid. Men der er stadig mange ting, man ikke ved. Hvor hurtigt udvider universet sig i dag, sammenlignet med tidligere? Vil universet altid fortsætte sin udvidelse, eller vil det en dag tabe pusten og gå i stå? Eller vil 'luften gå ud af ballonen' så (tiden går tilbage), og det hele falder sammen?
Der er mange modeller og mange ubekendte parametre, som kun kan bestemmes ved stadigt mere nøjagtige målinger af f.eks. afstandene til galakser og af CMB, som er den 'kosmiske mikrobølge-baggrundsstråling'. Denne varmestråling, der fylder hele universet, rummer information om, hvordan det tidlige univers så ud. Og med denne information i hånden kan man også beregne universets fjerne fremtid.

Baggrundsstråling
I minutterne efter Big Bang blev de første atomkerner af brint og helium 'smedet' under temperaturer på omkring 15 millioner grader, der svarer til den temperatur, som findes i solens centrum. I takt med at universet har udvidet sig, mistede strålingen sin energi, og universet blev koldere. Så blev der dannet stjerner og galakser af skyer af brint og helium, og i dag er temperaturen af baggrundsstrålingen nede på -270 grader celsius. Denne kolde mikrobølge-baggrundsstråling er hidtil blevet målt mest præcist af COBE-satellitten, som målte på hele himlen i årene 1989-1996. Da fandt man, at universet har en gennemsnitstemperatur på 2,726 grader over det absolutte nulpunkt med små variationer i forskellige retninger. Temperaturforskellene er helt nede omkring 1/100.000 grader over og under gennemsnittet. Der skal derfor gode måleinstrumenter til og ikke unødige forstyrrelser fra jordens atmosfære eller mælkevejens støv.

Nye målinger
De nyeste målinger af baggrundsstrålingen blev for nylig offentliggjort i fagbladet Nature. Bag dette såkaldte ballon-projekt, som hedder Boomerang (Balloon Observations Of Millimetric Extragalactic Radiation ANd Geophysics), står 36 amerikanske, italienske, canadiske og franske forskere. Boomerang foretog en ti-dages flyvning i 38 kilometers højde over Antarktis, og resultatet er et nyt kort over temperaturvariationerne i baggrundstrålingen. Boomerangs temperaturkort dækker kun et område af himlen på cirka 25 x 25 grader, men til gengæld er opløsningen mere end 20 gange bedre end COBE-sattellittens. Det udvalgte område er desuden usædvanlig frit for støv, som gør, at man kan se finere detaljer.
Man har regnet millioner af modeller for universets udvikling igennem. Disse modeller antager blandt andet, at der har været en kort fase af voldsom udvidelse i den første brøkdel af et sekund i universets tilblivelse. Denne fase kaldes inflationen. Modellerne antager også, at der findes et koldt mørkt stof (stof der kun vekselvirker gennem tyngdekraften), som udgør op imod 90 procent af universets samlede masse.
Forskerne har derefter analyseret temperaturkortene og sammenlignet dem med modellerne. Den bedste overensstemmelse findes med de modeller, der arbejder med både inflation og koldt mørkt stof, samt hvor tætheden af universet er nær 'den kritiske tæthed', hvilket betyder, at udvidelsen langsomt går i stå. Det er det, man kalder et 'fladt' univers. Usikkerheden om, hvorvidt resultatet er rigtigt, er der stadig, men den er reduceret til bare 10 procent.

Ny guldalder
Et fladt univers betyder en krumning tæt på nul. Man kan derfor nøjes med at tænke lidt 'Einsteinsk'. Det er Einsteins feltligninger, som er selve grundlaget for de mange modeller for universet, hvor der optræder geometrier med både positiv og negativ krumning (dvs. med sfærisk og hyperbolsk geometri). Men gode gamle Euklid kan altså stadig bruges. To parallelle linjer forbliver (næsten) parallelle, og summen af vinklerne i en trekant er stadig 180 grader. Man skal altså finde rigtig store trekanter, f.eks. mellem tre galakser, før man kan begynde at spore afvigelser.
Det er blevet forudsagt, at de kommende års CMB-eksperimenter vil repræsentere en 'kosmologiens guldalder', idet alle kosmologiske parametre har sat deres fingeraftryk i baggrundsstrålingen. Satellitter som COBE er dyre at udvikle og opsende, men de kommende år vil bringe flere balloner og satellitter. Den europæiske "PLANCK-satellit" skal opsendes omkring år 2007 og kortlægge CMB-varmestrålingen i hidtil uset detalje. I den mellemliggende periode kan man derfor glæde sig over Ballon-eksperimenter som BOOMERANG. En fuldskalamodel af PLANCK-satellitten kan for tiden betragtes i Tycho Brahe Planetariet.

Michael Cramer Andersen studerer astrofysik på Københavns Universitet og skriver jævnligt i fysik-tidsskrifterne Gamma og Kvant.

Følg disse emner på mail

Vores abonnenter kalder os kritisk, seriøs og troværdig.
Få ubegrænset adgang med et digitalt abonnement.
Prøv en måned gratis.

Prøv nu

Er du abonnent? Log ind her