Planck-satelitten skal se 14 milliarder år tilbake i tid.

Tips oss 2400
STRÅLING: Bildet WMAP-satellitten har tatt av ujevnhetene i den kosmiske  
bakgrunnsstrålingen. Bildet er et kart over hele himmelen. Flekkene er  
såkornene til det som senere utviklet seg til de komplekse strukturene  
vi har rundt oss i dag. Foto: WMAP Science Team

STRÅLING: Bildet WMAP-satellitten har tatt av ujevnhetene i den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Bildet er et kart over hele himmelen. Flekkene er såkornene til det som senere utviklet seg til de komplekse strukturene vi har rundt oss i dag. Foto: WMAP Science Team

GALAKSEHOP: Stjernene og galaksene i universet i dag har utviklet seg fra  
ørsmå ujevnheter av den typen man kan se i WMAP-kartet. Dette er et  
bilde av galaksehopen Abell S0740. Foto: NASA, HST.

GALAKSEHOP: Stjernene og galaksene i universet i dag har utviklet seg fra ørsmå ujevnheter av den typen man kan se i WMAP-kartet. Dette er et bilde av galaksehopen Abell S0740. Foto: NASA, HST.

ASTRONOMIÅRET 2009


I 1609 rettet Galileo Galilei som første menneske et teleskop mot himmelen og så med egne øyne at Jorda bare var en av mange planeter og ikke sentrum av universet.

Det ble begynnelsen på en vitenskapelig revolusjon som for alltid endret menneskenes verdensoppfatning.

Astronomiåret 2009 er en global feiring av astronomi som vitenskap og dens betydning for menneskenes kulturelle og sosiale utvikling.

Dagbladet.no vil i samarbeid med forskerne i Astropanelet skrive om astronomi og vitenskap gjennom hele 2009.


Pål Brekke, Eirik Newth, Øystein Elgarøy, Jan-Erik Ovaldsen


Håkon Dahle, Margrethe Wold, Jostein Riiser Kristiansen, Andreas O. Jaunsen

Følg astronomene på Magasinet på nett, som bloggere i Dagbladet og på hjemmesidene til Astronomiåret 2009.
HAR DU NOEN GANG ønsket å kunne se tilbake til fortiden?

Umiddelbart kan det høres scifi ut - men vi ser alle ubevisst tilbake i tid hver eneste dag. Prinsippet er faktisk temmelig enkelt: Hemmeligheten ligger i lyshastigheten.

Selv om lyset beveger seg ufattelig raskt - så raskt at det kan gå rundt jorda over sju ganger på ett sekund - vil det alltid ta litt tid fra noe skjer til vi kan observere det med øynene våre. 

ANTA AT DU STÅR 300 meter fra slottsbalkongen i Oslo på 17. mai, og at du ser kongen vinke. Det du egentlig ser, er hvordan kongen vinket for et mikrosekund siden. Et mikrosekund er kanskje ingen halsbrekkende tidsreise, men jo lenger unna noe er, dess lenger tilbake i tid ser vi.

Dersom vi ser på sola (selvfølgelig med dertil egnet øyebeskyttelse), ser vi det som skjedde på sola for omtrent åtte minutter siden. Solas nærmeste nabostjerne, Proxima Centauri, ligger ca. fire lysår unna oss. Når vi observerer lys fra den, ser vi derfor fire år tilbake i tid.

Hvis du er ute en mørk og klar natt, er det mulig å se Andromedagalaksen som en diffus tåkedott på himmelen. Dette er Melkveiens nærmeste store nabogalakse. Lyset bruker omtrent 2,5 millioner år på å reise fra Andromeda til oss, så det vi egentlig ser er egentlig et bilde av hvordan denne galaksen så ut for 2,5 millioner år siden. 

Med kraftige teleskoper kan vi se objekter som er mye lengre unna oss enn Andromeda, og det er blitt observert objekter som er så langt unna oss at lyset trolig har reist i 13 milliarder år for å nå oss. Vi tror at universet er omtrent 14 milliarder år gammelt, så dette betyr at vi har sett nesten helt tilbake til universets fødsel. 

DEN EUROPEISKE Planck-satellitten som skytes opp 14. mai, skal se enda lengre tilbake i tid enn dette. Ved å fotografere mikrobølgelys skal den ta et svært detaljert bilde av hvordan universet så ut like etter Big Bang, for omtrent 14 milliarder år siden.

Ved å studere dette bildet regner vi med å ikke bare lære mer om hvordan universet oppstod, men også hva universet inneholder og hvordan det vil ende. Ikke minst håper vi å forstå bedre hva som utgjør de obskure substansene som vi kaller mørk energi og mørk materie. 

NÅR VI OBSERVERER de fjerneste stjernene og galaksene vi kan se, ser vi på noen av de første strukturene som ble dannet i universets historie. Hvis vi forsøker å se enda lengre tilbake i tid, er det rett og slett ingen stjerner og galakser som har hatt tid til å bli dannet ennå. Det som møter oss, er isteden en vegg av mikrobølgestråling som treffer oss fra alle kanter.

Dette er stråling som kommer fra den tette tåka som fylte universet i de første 400 000 årene etter Big Bang. Når vi observerer disse mikrobølgene, ser vi altså stråling som ble sendt ut mindre enn en halv million år etter universets fødsel, lenge før de første stjernene ble dannet. Denne strålingen kalles kosmisk bakgrunnsstråling.

Jorda bombarderes av kosmisk bakgrunnsstråling hele tiden. Hvis du ser på «snøstormen» mellom kanalene på en gammel TV, vil omtrent 1 prosent av det du ser være kosmisk bakgrunnsstråling - elektromagnetiske bølger som da har reist gjennom verdensrommet i 14 milliarder år før de traff jorda. Det er denne kosmiske bakgrunnsstrålingen som skal observeres av Planck-satellitten, men da med mye større nøyaktighet enn det man kan gjøre med en TV-antenne.  

DA DEN KOSMISKE bakgrunnsstrålingen ble oppdaget for første gang på 60-tallet, var det en av de første klare indikasjonene på at Big Bang-modellen er korrekt. Denne modellen sier i grove trekk at universet vårt i begynnelsen var i en ekstremt tett og varm tilstand, og at det siden den gang har utvidet seg og blitt kaldere. Selv om vi i dag fremdeles er usikre på en rekke vesentlige elementer ved historien og sammensetningen til universet, er det i dag bred enighet om disse hovedlinjene i Big Bang-modellen.  

I den første tiden etter Big Bang var det så varmt at vanlige nøytrale atomer ikke kunne eksistere. Universet var da en suppe av atomkjerner og elektroner. De frie elektronene i det tidlige universet absorberte all elektromagnetisk stråling, og universet var derfor en ugjennomsiktig tåke.

Etter hvert som tiden gikk ble universet kaldere, og etter 400 000 år var universet kaldt nok til at atomkjerner og elektroner kunne gå sammen og danne nøytrale atomer. Da det ikke lenger var noen frie elektroner til å stanse strålingen, kunne denne reise uhindret av sted. Når vi observerer den kosmiske bakgrunnsstrålingen, ser vi derfor kanten av urtåka som fylte universet etter Big Bang.  

I DAG ER UNIVERSET et sted rikt på spennende strukturer. Vi har galakser og galaksehoper, stjerner og planeter, fjelltopper og stavmiksere. Urtåka var nesten helt jevn, og det var lite i den som vitnet om det komplekse universet som senere skulle utvikle seg. Likevel, inne i den jevne tåka lå såkornene for det som senere skulle bli til dagens univers; noen steder var gassen en hundretusendel tettere enn gjennomsnittet, andre steder var den en hundretusendel tynnere.

Etter hvert som tiden har gått, har tyngdekraften ført til at de tette områdene har trukket mer materie til seg og stadig vokst seg tettere. Noen hundre millioner år etter Big Bang hadde noen av gassklumpene vokst seg så tette at de begynte å danne de første stjernene og galaksene. Senere har noen stjerner dødd og andre har blitt født. Galakser har kollidert og klumpet seg sammen, og vi har fått det varierte universet som vi kan observere rundt oss i dag.

Alt dette startet med de ørsmå krusningene i Big Bang-tåka.  

UJEVNHETENE I DEN kosmiske bakgrunnsstrålingen ble først observert av COBE-satellitten på 1990-tallet. George Smoot, lederen for eksperimentet som oppdaget ujevnhetene, uttalte, kanskje noe svulstig, at det var som å se «Skaperens fingeravtrykk». Hvis vi ser på «Skaperen» som en metafor for naturens grunnleggende lover, forstår vi litt av betydningen av denne oppdagelsen. Ikke bare er disse ujevnhetene et bilde av spedbarnsstadiet til dagens univers, de er også restene av det som skjedde i selve Big Bang-øyeblikket.

Ujevnhetene i den kosmiske bakgrunnsstrålingen gir oss derfor en unik mulighet til å utforske teorier om hvordan fysikken henger sammen på det mest fundamentale plan.  

Senere har en rekke andre eksperimenter observert de samme ujevnhetene som COBE med større nøyaktighet. De beste observasjonene vi har av den kosmiske bakgrunnsstrålingen i dag kommer fra WMAP-satelliten, som publiserte sine foreløpig siste resultater i februar i fjor. I dag er dataene fra WMAP utvilsomt de viktigste observasjonene vi har for å forstå universets sammensetning og historie.  

SER MAN PÅ BILDET (nest øverste illustrasjon) som WMAP har tatt av den kosmiske bakgrunnsstrålingen, er det et tilsynelatende kaos av store og små flekker i forskjellige farger. På bildet representerer de ulike fargene forskjellige temperaturer, og altså hvor det var tett med gass og hvor det var mindre tett da Big Bang-tåka lettet for nesten 14 milliarder år siden.

Ved å kombinere WMAP-resultatene med andre observasjoner, har man kommet fram til det som kalles den kosmologiske standardmodellen. I henhold til denne standardmodellen gjennomgikk universet en enorm utvidelsesfase rett etter Big Bang. Man tror at universet i løpet av en bitteliten brøkdel av et sekund utvidet seg og ble omtrent et ettall med tjueseks nuller bak ganger større. Denne epoken kalles inflasjonsfasen. Etter dette har universet utvidet seg i et mer rolig tempo fram til i dag.  

Den kosmologiske standardmodellen sier også noe om hva universet består av. Vanlig materie, slik som jorda, sola, stjernene og alt vi kan se på himmelen er laget av, tror vi utgjør bare 5 prosent av innholdet i universet. Omtrent 25 prosent tror vi utgjøres av mørk materie. Dette er partikler som har en masse — de veier noe — men som ikke har elektriske ladninger og derfor er fullstendig usynlige. De resterende ca. 70 prosent av innholdet i universet tror vi består av noe vi kaller mørk energi.

Dette er et eller annet som er jevnt spredd utover hele rommet og som virker med negativ tyngdekraft. Denne negative tyngdekraften får universet til å utvide seg raskere og raskere, noe man mener å ha observert.  

STANDARDMODELLEN er på samme tid både veldig pen og veldig stygg. Rent matematisk er den en pen modell siden så å si alt vi kan observere av flekker i den kosmiske bakgrunnsstrålingen, fordeling av galakser, avstand til supernovaer og mange andre ting kan forklares ved hjelp av noen få komponenter. Samtidig er den usedvanlig stygg i den forstand at den er basert på ingredienser som vi ikke aner hva er for noe. Det har etter hvert blitt relativt bred enighet om at både mørk materie og mørk energi må eksistere i en eller annen form.

Imidlertid er det fortsatt en gåte hva disse obskure substansene er og akkurat hvordan de oppfører seg. At vi vet så lite om 95 prosent av innholdet i universet er mildt sagt litt pinlig.  

Den voldsomme inflasjonsfasen etter Big Bang er også et lite mysterium. Mange observasjoner tyder på at ideen om denne kjempeekspansjonen er riktig, men vi mangler fortsatt et solid bevis. I tillegg er det svært usikkert hva som var de fundamentale drivkreftene bak inflasjonsfasen. Hvis vi lærer mer om inflasjonsfasen, vil vi også forstå mer av de fundamentale fysiske kreftene og prosessene som var i sving under de temmelig heftige betingelsene i øyeblikket etter Big Bang, forhold som var mye mer ekstreme enn det som kan gjenskapes i LHC-eksperimentet ved CERN

PLANCK-SATELLITTEN vil gjøre observasjoner av den kosmiske bakgrunnsstrålingen som er langt mer nøyaktige enn det WMAP har gjort, og på den måten bidra til å fylle kunnskapshullene
.

Etter omlag femten års planlegging står satellitten nå klar for oppskytning. Hvis alt går som planlagt, vil den skytes opp fra Fransk Guyana 14. mai.

Vil den kosmologiske standardmodellen overleve på dagens form når den blir konfrontert med de nye og detaljerte bildene av Big Bang-tåka? Vil vi kunne lære mer om den voldsomme inflasjonsfasen? Vil vi forstå mer av den underliggende naturen til mørk materie og mørk energi?

Eksperimentet som skal gjennomføres er et resultat av et omfattende internasjonalt samarbeid ledet av den europeiske romfartsorganisasjonen ESA, og det har blitt oppkalt etter den tyske fysikeren Max Planck.

Norge er tungt inne i Planck-prosjektet, og flere forskere ved Institutt for teoretisk astrofysikk ved Universitetet i Oslo vil være sentrale i analysen av observasjonene fra satellitten. 

FOR MANGE VIL nok det mest overraskende være om det ikke dukker opp noen uforutsette overraskelser i bildet som Planck-satellitten skal ta av universets barndom.

Denne artikkelen er skrevet for Magasinets nettredaksjon, og ikke publisert i papirutgaven. Har du spørsmål eller kommentarer, send dem til oss på e-post.