Introduksjon
For rundt 13,8 milliarder år siden begynte universet slik vi kjenner det. Dette øyeblikket, kjent som Big Bang, var da verdensrommet raskt begynte å utvide seg. På tidspunktet for Big Bang passer det observerbare universet (inkludert materialene for minst 2 billioner galakser) i et rom som er mindre enn en centimeter over. Nå er det observerbare universet 93 milliarder lysår på tvers og utvides fortsatt.
Det er mange spørsmål om Big Bang, spesielt om hva som kom før den (om noe). Men forskere vet noen ting. Les videre for noen av de mest ufattelige funnene om begynnelsen av alt.
Universet ekspanderer
Fram til 1929 var universets opprinnelse fullstendig innhyllet i myte og teori. Men det året oppdaget en driftig astronom ved navn Edwin Hubble noe veldig viktig ved universet, noe som ville åpne for nye måter å forstå fortiden på: Det hele utvides.
Hubble oppdaget sin ved å måle noe som heter rødforskyvning, som er skiftet mot lengre, røde bølgelengder av lys sett i veldig fjerne galakser. (Jo lenger borte objektet er, desto mer uttales rødskiftet.) Hubble fant at rødskiftet økte lineært med avstanden i fjerne galakser, noe som indikerer at universet ikke er stasjonært. Det ekspanderer, overalt, på en gang.
Hubble var i stand til å beregne hastigheten på denne utvidelsen, en figur kjent som Hubble Constant, ifølge NASA. Det var denne oppdagelsen som tillot forskere å ekstrapolere tilbake og teoretisere at universet en gang var pakket inn i et lite punkt. De kalte det første øyeblikket av utvidelsen for Big Bang.
Kosmisk mikrobølgeovn bakgrunnsstråling
I mai 1964 arbeidet Arno Penzias og Robert Wilson, forskere ved Bell Phone Laboratories, med å bygge en ny radiomottaker i New Jersey. Deres antenne plukket opp en merkelig summing som så ut til å komme fra overalt, hele tiden. De trodde det kunne være duer i utstyret, men å fjerne reirene gjorde ingenting. Heller ikke deres andre forsøk på å redusere forstyrrelser. Til slutt skjønte de at de plukket opp noe virkelig.
Det de oppdaget, viste det seg, var universets første lys: kosmisk mikrobølgebakgrunnen stråling. Denne strålingen kan dateres tilbake til rundt 380 000 år etter Big Bang, da universet til slutt ble avkjølt nok til at fotoner (de bølgelignende partiklene som utgjør lys) kan bevege seg fritt. Oppdagelsen ga støtte til Big Bang-teorien og til forestillingen om at universet ekspanderte raskere enn lysets hastighet i sitt første øyeblikk. (Det er fordi den kosmiske bakgrunnen er ganske ensartet, noe som antyder en jevn utvidelse av alt på en gang fra et lite punkt.)
Himmelskart
Oppdagelsen av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen åpnet et vindu inn i universets opprinnelse. I 1989 lanserte NASA en satellitt kalt Cosmic Background Explorer (COBE), som målte små variasjoner i bakgrunnsstrålingen. Resultatet var et "babybilde" av universet, ifølge NASA, som viser noen av de første tetthetsvariasjonene i det ekspanderende universet. Disse små variasjonene ga sannsynligvis opphav til mønsteret av galakser og tomt rom, kjent som galaksers kosmiske nett, som vi ser i universet i dag.
Direkte bevis på inflasjon
Den kosmiske mikrobølgebakgrunnen gjorde også forskere i stand til å finne den "røykepistolen" for inflasjon - den massive, raskere enn lysutvidelsen som skjedde ved Big Bang. (Selv om Einsteins teori om spesiell relativitet hevder at ingenting går raskere enn lys gjennom verdensrommet, var dette ikke et brudd; selve rommet utvidet.) I 2016 kunngjorde fysikere at de hadde oppdaget en bestemt type polarisering, eller retning, i noen av den kosmiske mikrobølgebakgrunnen. Denne polarisasjonen er kjent som "B-modus." B-modus polarisering var det første direkte beviset på gravitasjonsbølger fra Big Bang. Gravitasjonsbølger skapes når massive gjenstander i rommet setter fart eller bremser (den første som noen gang ble oppdaget kom fra kollisjonen av to sorte hull). B-modusene gir en ny måte å direkte undersøke det tidlige universets utvidelse - og kanskje finne ut hva som drev det.
Ingen ekstra dimensjoner så langt
En konsekvens av gravitasjonsbølgefunnet var at det gjorde det mulig for forskere å søke etter ytterligere dimensjoner, utover de vanlige tre. I følge teoretikere skal gravitasjonsbølger kunne krysse inn i ukjente dimensjoner, hvis disse dimensjonene eksisterer. I oktober 2017 oppdaget forskere gravitasjonsbølger fra kollisjonen av to nøytronstjerner. De målte tiden det tok bølgene å reise fra stjernene til Jorden, og fant ingen bevis for noen ekstra-dimensjonal lekkasje.
Resultatene som ble publisert i juli 2018 i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, antyder at hvis det er noen andre dimensjoner der ute, er de små - de vil påvirke områder av universet som er mindre enn 1,6 kilometer store. Det betyr at strengteori, som antyder at universet er laget av bittesmå vibrerende strenger og spår minst 10 teensy dimensjoner, fremdeles kan være sant.
Utvidelsen akselererer ...
Et av de merkeligste funnene i fysikken er at universet ikke bare ekspanderer, det utvides med en akselererende hastighet.
Funnet strekker seg tilbake til 1998, da fysikere kunngjorde resultatene fra flere langvarige prosjekter som målte spesielt tunge supernovaer kalt Type Ia supernovaer. Resultatene (som vant forskere Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt og Adam G. Reiss en nobelpris i 2011), avslørte svakere enn forventet lys fra de fjerneste av disse supernovene. Dette svake lyset viste at verdensrommet ekspanderer: Alt i universet kommer gradvis lenger vekk fra alt annet.
Forskere kaller driveren for denne utvidelsen "mørk energi", en mystisk motor som kan utgjøre omtrent 68% av energien i universet. Denne mørke energien ser ut til å være avgjørende for å gjøre teorier om begynnelsen av universet til observasjoner som blir gjennomført nå, for eksempel de som er laget av NASAs Wilkinson Microbølgeovn Anisotropy Probe (WMAP), et instrument som har produsert det mest presise kartet over den kosmiske mikrobølgeovn bakgrunn ennå.
… Enda raskere enn forventet
Nye resultater fra Hubble-teleskopet, utgitt i april 2019, har fordypet puslespillet til det ekspanderende universet. Målingene fra romteleskopet viser at universets utvidelse er 9% raskere enn forventet fra tidligere observasjoner. For galakser tilsvarer hver 3,3 millioner lysårs avstand fra Jorden til ytterligere 46 mil per sekund (74 km per sekund) raskere enn tidligere beregninger forutsagt, ifølge NASA.
Hvorfor betyr dette noe for universets opprinnelse? Fordi fysikere må mangle noe. I følge NASA kan det ha vært tre separate mørke energien "bursts" under Big Bang og kort tid etterpå. Disse utbruddene setter scenen for det vi ser i dag. Den første kan ha startet den første utvidelsen; et sekund kan ha skjedd mye raskere, og fungerte som en tung fot presset på universets gasspedal, noe som fikk universet til å utvide seg raskere enn tidligere antatt. En siste mørk energiutbrudd kan forklare den akselererende utvidelsen av universet i dag.
Ingenting av dette er bevist - ennå. Men forskere ser. Forskere ved University of Texas ved Austin McDonald Observatory bruker et nylig oppgradert instrument, Hobby-Eberly Telescope, for å se etter mørk energi direkte. Prosjektet, Hobby-Eberly Telescope Dark Energy Experiment (HETDEX), måler det svake lyset fra galakser så langt unna som 11 milliarder lysår, noe som vil tillate forskere å se eventuelle endringer i universets akselerasjon over tid. De skal også studere ekkoet av forstyrrelser i det 400 000 år gamle universet, skapt i den tette suppen av partikler som utgjorde alt rett etter Big Bang. Også dette vil avsløre ekspansjonsmysteriene og forklare den mørke energien som drev den.
