Universet er et tilsynelatende uendelig hav fylt med stjerner, galakser og tåker. I den ser vi mønstre og konstellasjoner som har inspirert historier gjennom historien. Men det er ett kosmisk mønster vi fremdeles ikke forstår. Et spørsmål som forblir ubesvart: Hva er universets form? Vi trodde vi visste, men ny forskning antyder noe annet, og det kan peke på en krise i kosmologien.
Mange tidlige astronomer mente at universet var en sfære av stjerner, som omsluttet solsystemet og sentrerte seg om en fast, umotiverende jord. Men gjennom århundrene fant astronomer at solen vår bare var en av milliarder i en galakse, og det var utallige galakser spredt over milliarder av lysår med plass. Spørsmålet om skapelsesformen virket et viktig poeng. Stjerner og galakser eksisterte i tomt rom. Hva kan være plass, men et blankt lerret: flatt, euklidisk og blottet for struktur.
På begynnelsen av 1900-tallet utviklet Albert Einstein sin teori om generell relativitet. I det var plassen ikke et blankt lerret. Det kan bøye og strekke, vri og deformere, basert på massens plassering og bevegelse i universet. Disse romlige deformasjonene avbøyer lys og materie, noe som forårsaker effekten vi kaller tyngdekraften. Med relativitet kunne rommet få forskjellige former. Da var det mulig at universet kunne ha en overordnet kosmisk form, akkurat som Jorden i det store og hele er rund.
Svært bredt vil generell relativitet tillate universet å ha en av tre former: flat, lukket eller åpen.
Flat er måten vi tenker på plass i hverdagen vår. Det er det euklidiske rommet vi lærer om på skolen. Flatområdet strekker seg jevnt i alle retninger, og to parallelle lysstråler vil for alltid forbli parallelle.
Åpen plass kan tenkes som salformet. Den bøyer seg på en slik måte at den avviker når du strekker seg utover. To lysstråler som opprinnelig var parallelle, ville gradvis spre seg fra hverandre og snu seg litt vekk fra hverandre når de krysser kosmos.
Lukket plass er generelt sfærisk. Den konvergerer når den strekker seg, slik at parallelle lysstråler til slutt vil møtes og krysse hverandre, som lengdegrad på jorden.
Det skal nevnes at ingen av disse har å gjøre med at universet som helhet utvider seg. Kosmisk ekspansjon betyr at punkter i rommet sprer seg fra hverandre over tid. Universets form omhandler romets form. En sfærisk ballong kan ekspandere når den er oppblåst, akkurat som en flat gummiplate kan strekkes og forbli flat. Så vårt ekspanderende univers kan være flatt, åpent eller lukket.
Siden romets krumning påvirkes av tilstedeværelsen av masse, avhenger universets generelle form av den gjennomsnittlige tettheten av materien i det. Generelt er relativiteten denne verdien gitt av tetthetsparameteren, som er forholdet mellom observert tetthet og den "kritiske tettheten" som er nødvendig for at universet skal være flatt. Hvis tetthetsparameteren er 1, er universet flatt. Hvis den er større enn 1, er den lukket, og den er åpen hvis tetthetsparameteren er mindre enn 1. Målinger av kosmisk tetthet har konsekvent gitt en verdi på 1. Til observasjonsgrensene er universet flatt, slik vi lenge har mistenkt .
Men det er en annen måte å måle formen på kosmos, og det er å se på den tilsynelatende størrelsen på veldig fjerne objekter. Det hele kommer tilbake til oppførselen til parallelle lysstråler. I et flatt univers forblir parallelle linjer parallelle, så lys som kommer fra to sider av en fjern galakse når oss i en rett linje. Deres vinkler i forhold til hverandre forblir de samme, og derfor fremstår galaksen som dens sanne størrelse.
Hvis universet er åpent, avviker parallelle linjer med avstand. Så lyset fra vår fjerne galakse blir mer parallelt når det når oss. Dette betyr at galaksen vil virke mindre enn den er. Hvis universet er lukket, oppstår den motsatte bøyningen av lys, og galaksen ville virket større enn den er.
I en ny artikkel publisert i Natur, et team så ikke på galakser, men snarere svingninger i den kosmiske mikrobølgebakgrunnen (CMB). De CMB er det gjenværende lyset fra det store smellet, og det er det fjerneste lyset vi kan se i universet. På grunn av dette er det lyset som er mest påvirket av universets form. Omfanget av svingninger i CMB bestemmes av mengden mørk materie og mørk energi i universet, som vi kjenner, slik at vi vet hvor store svingningene skal vises. Da teamet analyserte CMB data fra Plank romfartøyet, de fant svingningene var større enn forventet. Dette betyr at universet til en 99% sikkerhet er lukket, ikke flatt.
Denne nye forskningen motsier en rekke tidligere studier som viser at universet er flatt. Det kan være en viss systematisk feil i Planck-dataene som gjør at universet ser krummet ut, men hvis forskningen er nøyaktig, peker det på et gap i vår forståelse. Foreløpig er universets form uklar.
Kilde: Planck-bevis for et lukket univers og en mulig krise for kosmologi, av Di Valentino, E., et al.
