NABOGALAKSE: Dette bildet av Andromeda-galaksen ble tatt 23. desember 2017, Bra Bago i Burma. Foto: AFP PHOTO / Ye Aung THU
NABOGALAKSE: Dette bildet av Andromeda-galaksen ble tatt 23. desember 2017, Bra Bago i Burma. Foto: AFP PHOTO / Ye Aung THUVis mer

Ti ting vi ikke visste om universet for 100 år siden

Flere ting vi har funnet ut er nesten umulig å fatte.

Meninger

Astronomien som fagfelt har skutt fart de siste hundre årene. Det er faktisk helt imponerende hva vi har funnet ut av i løpet av bare hundre år.

Spaltist

Maria Hammerstrøm

er astrofysiker, grafisk designer og vitenskapsformidler

Siste publiserte innlegg

Ved hjelp av nye og forbedrede teorier og teknologier har astronomi blitt en presisjonsvitenskap som gjør at vi kan studere alle sider ved universet i utenkelig detalj.

Her har jeg plukket ut ti av de største oppdagelsene vi har gjort de siste hundre årene.

1. Melkeveien er ikke den eneste galaksen i universet.

Det finnes flere galakser enn Melkeveien i universet – minst flere milliarder av dem. Dette var ikke alltid en selvfølge.

At det finnes andre galakser enn Melkeveien ble først oppdaget i 1923 da Edwin Hubble målte avstanden til Andromedagalaksen, den største galaksen på himmelen vår, mer nøyaktig enn tidligere. Han fant at Andromedagalaksen befinne seg overraskende langt unna, og det viste det seg at Andromedagalaksen ikke er en del av Melkeveien i det hele tatt, men en helt egen galakse.

Med denne oppdagelsen vokste plutselig universet enormt i størrelse. Melkeveien var ikke lenger alt som fantes der ute.

Bare i vårt lille hjørne av universet har vi en familie av galakser rundt oss, kalt Den lokale gruppen. Dette er en gruppe bestående av rundt 50 galakser som holder i hverandre med gravitasjonskrefter.

STJERNETÅKER: Dette bildet viser et kart over Melkeveien og nabogalaksene basert på målinger av nærmere 1,7 milliarder stjerner mellom 2014 og 2016. Foto: ESA via AP
STJERNETÅKER: Dette bildet viser et kart over Melkeveien og nabogalaksene basert på målinger av nærmere 1,7 milliarder stjerner mellom 2014 og 2016. Foto: ESA via AP Vis mer

2. Universet utvider seg – og dét stadig fortere.

På 1910-tallet da Albert Einstein publiserte sin generelle relativitetsteori, var han en forkjemper for ideen om et statisk univers – et univers som verken utvider seg eller trekker seg sammen.

Observasjoner gjort av Vesto Slipher i 1912 og Edwin Hubble i 1929 skulle endre dette synet. De studerte galakser og observerte at galaksene beveger seg vekk fra oss. Og jo lenger unna de befinner seg, desto raskere beveger de seg vekk fra oss. Dette indikerte at universet utvider seg.

I tiden mellom disse to observasjonene hadde Alexander Friedmann og Georges Lemaître utviklet det teoretiske rammeverket for et univers som utvider seg. Da Hubbles observasjoner kom og passet med denne teorien, mistet ideen om et statisk univers raskt tilhengere. En ny teori vokste frem: big bang-teorien! (Se punkt 3.)

Men ikke nok med at universet utvider seg – det utvider seg stadig raskere. Dette ble oppdaget av to forskjellige forskningsgrupper, Supernova Cosmology Project og High-Z Supernova Search Team, uavhengig av hverandre så «sent» som i 1998. De oppdaget dette ved å se på supernovaer av type Ia. Tre medlemmer av disse forskningsgruppene fikk Nobelpris i fysikk i 2011 for oppdagelsen etter at oppdagelsen hadde blitt bekreftet av andre observasjoner.

Oppdagelsen om at universet utvider seg stadig raskere var det motsatte av hva man hadde forventet seg å finne. Man hadde sett for seg at gravitasjonskraften fra alle objektene i universet ville «holde igjen» universet og på sikt hindre universet fra å utvide seg videre. Dette ledet videre til ideen om mørk energi (se punkt 4).

3. Universet har ikke eksistert for alltid.

Universet har ikke eksistert for alltid, men er ca. 13,8 milliarder år gammelt. Så fort man hadde oppdaget at universet utvider seg, var det naturlig å tenke seg at universet en gang for lenge siden hadde vært mye mindre enn det er i dag – så lite som et punkt! Dette så Georges Lemaître for seg i 1931, som ledet til utviklingen av big bang-teorien, og som ble utviklet videre av George Gamow.

Siden den gang har stadig flere observasjoner vist seg å stemme med det big bang-teorien forutsier at universet skal finne på, helt fra universets spede begynnelse og frem til i dag. Det er fortsatt mange ubesvarte spørsmål rundt universets dannelse og utvikling, men vi har lært utrolig mye om hva som har skjedd siden de første øyeblikkene av universets historie og frem til i dag.

SAMKVEM MELLOM GALAKSER: Dette er en representasjon av SPT2349-56, en gruppe galakser i det tidlige universet som siden smeltet sammen til større galakser. Slike sammensmeltinger er observert ved bruk av ALMA- og APEX-teleskop. Foto: AFP PHOTO / European Southern Observatory
SAMKVEM MELLOM GALAKSER: Dette er en representasjon av SPT2349-56, en gruppe galakser i det tidlige universet som siden smeltet sammen til større galakser. Slike sammensmeltinger er observert ved bruk av ALMA- og APEX-teleskop. Foto: AFP PHOTO / European Southern Observatory Vis mer

4. Universet består hovedsakelig av mørk materie og mørk energi.

Alt vi omgir oss med daglig er det vi kaller «vanlig materie». Alt vi kjenner av stjerner, planeter, støv, LEGO-klosser, livsformer og alt annet er lagd av vanlig materie. Vanlig materie er bygd opp av partikler vi kjenner godt, slik som protoner, nøytroner og elektroner.

Vanlig materie er egentlig en ganske sjelden ingrediens i universet. Den står for 5 % av universets totale innhold. Det finnes enda mer mørk materie (27 %) og mye mer mørk energi (68 %). Dette fant vi ikke ut før på slutten av 1990-tallet.

Mørk materie er materie som vi foreløpig ikke vet hva er for noe og som vi ikke kan se direkte, derav navnet «mørk». Vi kan bare se den mørke materien indirekte ved å se på gravitasjonskraften fra den. Vi ser for eksempel at spiralgalakser oppfører seg på en måte som tilsier at det er mye mer materie der enn vi kan se.

Den mørke materien ble først foreslått av Fritz Zwicky i 1933, men ikke allment akseptert før på 1970-tallet etter sterke bevis fra Vera Rubin i 1968, som mange mener burde ha fått Nobelprisen i fysikk for sitt arbeid.

Mørke energi fikk først navnet sitt i 1998, inspirert av navnet til mørk materie. Mørk energi er en form for gravitasjonskraft i revers. I stedet for å trekke ting sammen slik som gravitasjonskraften gjør, skyver den mørke energien ting fra hverandre. Men vi vet ikke hva den mørke energien faktisk er.

Den første direkte observasjonen av den mørke energien i arbeid kom i 1998 da det ble oppdaget at universet utvider seg stadig raskere. I ettertid er det blitt gjort flere uavhengige observasjoner som støtter oppom funnet om at mørk energi må være en dominerende ingrediens i universet.

13,8 MILLIARDER ÅR: En grafisk fremstilling av universets historie. Foto: AFP PHOTO / NATURE PUBLISHING GROUP
13,8 MILLIARDER ÅR: En grafisk fremstilling av universets historie. Foto: AFP PHOTO / NATURE PUBLISHING GROUP Vis mer

5. Universet er fylt av en kosmisk bakgrunnsstråling.

Den kosmiske bakgrunnsstrålingen er den eldste strålingen i universet som er mulig å observere. Den ble sendt ut da universet var rundt 380 000 år gammelt. Denne strålingen kan ses i alle himmelretninger og gir oss masse informasjon om universets historie som vi kan bruke til å lære mer om universet.

Den kosmiske bakgrunnsstrålingen ble observert for første gang ved en tilfeldighet i 1965 av Arno Penzias og Robert Wilson, som fikk Nobelprisen i fysikk for oppdagelsen i 1978. Observasjonen av den kosmiske bakgrunnsstrålingen stemte overens med eksisterende teorier som først ble utviklet av George Gamow i 1948, og observasjonen utgjør en del av big bang-teorien.

6. Vi har et supermassivt sort hull i sentrum av galaksen vår – og det har sannsynligvis alle andre galakser også.

Når massive stjerner dør, kan de ende opp som sorte hull. Supermassive sorte hull er millioner til milliarder mer massive, bor i sentrum av galakser, og vi vet faktisk ikke hva deres opprinnelse er eller hvordan de har blitt så massive.

Det er et supermassivt sort hull i sentrum av galaksen vår. Bevis for dette ble først presentert av et internasjonalt team av astronomer fra Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics i 2002. Da hadde de observert en stjerne i bane i innerste delen av Melkeveigalaksen i ti år. I årene etter har bevegelsene til flere stjerner blitt observert. Stjernenes bevegelser tyder på at de beveger seg rundt et usynlig objekt med masse på flere millioner solmasser. Et supermassivt sort hull er den eneste mulige forklaringen.

Andre observasjoner tyder på det finnes supermassive sorte hull i sentrum av alle galakser. De supermassive sorte hullene kan ha spilt en viktig rolle i utviklingen av galakser, men på dette området er det fortsatt mye vi ikke forstår.

SORT SENTRUM: Dette infrarøde bildet tatt av Hubble-teleskopet viser sentrum av Melkeveien 27.000 lysår vekk fra jorda. Astrofysikere har funnet et dusin sorte hull i sentrum av Melkeveien, som man antar omringer ett supermassivt sort hull. Foto: AFP PHOTO / ESA
SORT SENTRUM: Dette infrarøde bildet tatt av Hubble-teleskopet viser sentrum av Melkeveien 27.000 lysår vekk fra jorda. Astrofysikere har funnet et dusin sorte hull i sentrum av Melkeveien, som man antar omringer ett supermassivt sort hull. Foto: AFP PHOTO / ESA Vis mer

7. Stjerner består hovedsakelig av hydrogen og generer energi gjennom fusjon.

Før trodde man at Solen bestod av samme materialer som Jorden, ettersom Jorden ble dannet av restene etter Solen. Jorden består hovedsakelig av jern og oksygen. I 1925 fant Cecilia Payne-Gaposchkin ut at hydrogen er hovedingrediensen i stjerner – og i universet som generelt.

Da man først hadde lært hva Solen bestod av, var det lettere å forklare hvordan Solen generer energi. I 1938 avslørte Hans Bethe (som senere skulle involvere seg i Manhattan-prosjektet) at Solen genererer energien sin gjennom fusjon av hydrogen til helium i kjernen sin. Han fikk Nobelprisen i fysikk i 1967 for sitt arbeid med å utvikle teorien for hvordan lette grunnstoff blir skapt i fusjonsprosesser i stjerner.

Men hva med de tyngre grunnstoffene? Dette leder oss til punkt 8.

8. Tyngre grunnstoffer blir produsert i stjerner og kilonovaer.

I begynnelsen av universets historie fantes det hovedsakelig to grunnstoffer i universet: hydrogen og helium. Men vi ser jo at det finnes mye tyngre grunnstoff enn dette på jordkloden, som for eksempel gull og jern. Disse tyngre grunnstoffene må ha kommet fra et sted.

I 1957 kunne Geoffrey Burbidge, E. Margaret Burbidge, William Fowler og Fred Hoyle forklare hvordan tyngre grunnstoff dannes i stjerner. Tunge grunnstoff til og med jern kan dannes i massive stjerner. Mens tyngre grunnstoffer enn dette dannes i supernovaeksplosjoner, hvor de tunge grunnstoffene blir spredt utover i universet av eksplosjonen.

Men dette var ikke hele bildet. Supernovaene alene kunne ikke forklare mengden av de forskjellige grunnstoffene i universet. Så sent som høsten 2017 kom observasjoner gjort av LIGO-samarbeidet og en rekke internasjonale team av astronomer og teleskoper som støttet en hypotese man hadde hatt for hvor resten av grunnstoffene kommer fra: Kollisjonen av nøytronstjerner er kilden til resten av de tunge grunnstoffene!

9. Gravitasjonsbølger eksisterer.

Gravitasjonsbølger er energi som forplanter seg som bølger fra et objekt på lignende måte som bølger forplanter seg på overflaten av et vann. Et objektet må være akselerert for at gravitasjonsbølger skal sendes ut.

I 1916 hadde Einstein forutsett at gravitasjonsbølger måtte eksistere basert på sin generelle relativitesteori. Gravitasjonsbølger ble observert for første gang i 2015 av LIGO-samarbeidet.

Den første observasjonen av gravitasjonsbølger kom fra to sorte hull som roterte stadig nærmere hverandre for til slutt å slå seg sammen til ett større sort hull. Observasjonene stemte perfekt med teorien man hadde for hvordan signalet fra en slik hendelse ville se ut. Oppdagelsen førte allerede i 2017 til Nobelprisen i fysikk for tre av de involverte fysikerne.

Oppdagelsen av gravitasjonsbølger var en viktig oppdagelse av flere grunner. Det var nok en indikasjon på at sorte hull virkelig eksisterer, og gravitasjonsbølger kan brukes til å lære mer om dem. Gravitasjonsbølger gir oss en helt ny måte å studere universet på, på tilsvarende måte som vi tidligere har gått fra å observere universet kun i synlig lys, til å kunne observere universet i røntgenstråler, radiobølger, osv. Observasjonene er dessuten enda en vellykket test av den generelle relativitetsteorien.

STJERNESMELTING: Illurstrasjonen viser to nøytronstjerner som smelter sammen. Slike sammensmeltinger skaper gravitasjonsbølger. Foto: AFP PHOTO /National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet
STJERNESMELTING: Illurstrasjonen viser to nøytronstjerner som smelter sammen. Slike sammensmeltinger skaper gravitasjonsbølger. Foto: AFP PHOTO /National Science Foundation/LIGO/Sonoma State University/A. Simonnet Vis mer

10. Det finnes planeter rundt andre stjerner enn vår egen.

En planet ble oppdaget rundt en annen stjerne enn Solen for første gang i 1992. Vi kaller slike planeter for eksoplaneter. Frem til da kunne det hende at vi var det eneste planetsystemet i universet. Nå vet vi at solsystemet vårt er mindre spesielt enn som så.

Etter å ha oppdaget nesten 4000 eksoplaneter har vi lært at det er mer vanlig at stjerner har planeter rundt seg enn at de ikke har det. I galaksen vår er det i gjennomsnitt én planet per stjerne, som betyr at det er 100–400 milliarder planeter bare i vår galakse! Da kan man jo begynne å lure på hva sannsynligheten er for at det finnes annet liv der ute. Kanskje dette blir den neste store oppdagelsen?

ANNET SOLSYSTEM: En grafisk fremstilling av planetene i solsystemet TRAPPIST-1 i Melkeveien, der syv planeter går i bane rundt en stjerne. Foto: AFP PHOTO / European Southern Observatory
ANNET SOLSYSTEM: En grafisk fremstilling av planetene i solsystemet TRAPPIST-1 i Melkeveien, der syv planeter går i bane rundt en stjerne. Foto: AFP PHOTO / European Southern Observatory Vis mer

* Det er utrolig å tenke på at vi har lært alt dette bare i løpet av de siste 100 årene. For 100 år siden visste vi så og si ingen ting om universet. Tenk på hva de neste 100 årene kan bringe av nye oppdagelser!

Det er fortsatt mange ting som gjenstår å finne ut av. Se for eksempel Wikipedia-oversikten List of unsolved problems in physics.

Lik Dagbladet Meninger på Facebook