Kosmologi


Dannelse af en galakse i modellen. Nederst tv. er hele universet og th. zoomet ind på galaksens centrale sorte hul

Kosmologerne har i dag et meget detaljeret billede af universets tidlige udvikling og udvidelse og mikrobølge baggrund mv, som man kan lægge ind i modeller og simulere universets udvikling, for at se om modellerne kan forklare det vi ser i dag. Samtidigt har andre astronomer et tilsvarende, men lang mere detaljeret billede af hvordan de enkelte galakser udvikler sig.

Nu er det med Hazel Zen supercomputeren for første gang lykkedes at lave en super-simulation, som viser universets udvikling så detaljeret at man kan zoome ind på enkelte ud af tusinder galakser og se dem dannes!

Modellen er en miniunivers som udvider sig til et 230 mio lysår stort univers, med 20 mia partikler, sort stof og supermassive sorte huller som samler sig til galakser. Modellen er det seneste skridt i TNG modellen som stræber mod at skabe et komplet billede af universets udvikling siden Big Bang. Resutatet er publiceret i RAS monthly notices
Universets udvidelse efter Big Bang
I 2920 opdagede astronomen Edwin Hubble at galakserne fjerner sig fra hinanden, og at de fjerner sig hurtigere og hurtigere, jo længere væk fra os de er. Denne udvidelse som måles i km/s pr. megaparsec (dvs pr. 3,3 mio lysår) og som blev døbt Hubble konstanten, er en af de vigtigste egenskaber ved universet vi kender.

Den blev målt ved at måle afstanden til forskellige galakser og sammenligne med deres rødforskydning for at se hvor hurtigt de fjerner sig; og på den måde har man målt udvidelsen til ca. 73km/s/mparsec - en værdi der selvfølgeligt er blevet målt på tusinder af af måder siden og som hver gang kommer frem til samme resultat med under 2% nøjagtighed. Den er med andre ret sikker idag.

MEN! nye metoder og målinger de seneste år har gjort det muligt at måle hubblekonstanten fra "den anden ende" - fra universets begyndelse, ved fx. at måle den kosmiske mikrobølgebaggrund og derefter regne sig frem i tiden. Disse metoder kommer også alle sammen frem til samme resultat med 1-2% afvigelse, men de får ca. 67 km/s/mparsec. Problemet er altså at de to metoder ikke får helt samme resultat. Og selvom det kun er en forskel på 7-10%, er det sandsynligheden for at forskellen er tilfældig, meget lille.

Der er altså meget der tyder på at der mangler en fundamental fysisk kraft eller proces i standardmodelle for universets udvidelse. Det blev bla. diskuteret på en konference i sommers, som ledte til en artikel om problemet som netop er publiceret .
Se også How fast is the universe expanding? fra Kavli og "..mystery about Universes expansion rate" fra University of Chicago
Illustration af universets udvidelse efter Big Bang og inflationen (tv)
Alting begyndte faktisk ikke med Big Bang, for der var en kort periode lige før selve Big Bang der kaldes 'Den kosmiske inflation' (tv på illustrationen ovenfor), hvor rummet om universet udvidede sig lige inden selve Big Bang.

Flere forskere har teoretiseret om at mørkt stof kunne stamme fra denne periode, men ingen har hidtil kunne komme med nogle argumenter der kunne understøtte teorien som kunne dokumenteres med observationer. Hovedargumentet for teorien er at hvis mørkt stof var en rest fra Big Bang burde det være blevet afsløret i partikelfysiske eksperimenter. Hvis det derimod er en Scalar partikel som Higgs bosonen, som ikke nødvendigvis hænger sammen og interagerer med baryonsk stof, kan det stamme fra tiden før Big Bang.< br>
Men nu har en ny undersøgelse der er publiceret i Physical Review Letters med ret simple matematiske værktøjer vist, hvordan det vil have påvirket galaksedannelserne hvisdet mørke stof er fra før Big Bang. Dermed bliver det pludseligt muligt at påvise om teorierne om at mørkt stof skulle være ældre end Big Bang er sand. Det må dog afvente opsendelsen af Euclid satelliten som skal opsendes i 2022 skrivet John Hopkins University.<
Simulation af millioner af universer med hver sine fysiske love Forskere fra Stanford, Oxord og Arizona University har brugt 3 uger på verdens kraftigste computer, til at skabe millioner af simulerede universer, med hver sine fysiske love og sammenlignet galaksernes fordeling og udseende med årtiers observationer for at se hvilke der passer bedst.

De har kaldt computermodellerne for "Universe Machine" og uden at gå i dyben med hvordan, skriver Arizona University at resultaterne "udfordrer fundamentale ideer om mørkt stofs rolle i galaksedannelserne".

Vore vurdering af universets alder hænger sammen med dens udvidelseshastighed. Og den beregnes ved at måle rød galaksernes forskydning i forhold til deres afstand - den såkaldte Hubble konstant. Men for at vide afstanden til galakserne, skal man først kende nogle af deres afstande og den har hidtil primært været beregnet ved at måle de såkaldte Cepheid variables lysstyrke og variabilitet, fordi man har fundet en sammenhæng mellem deres varieren og deres absolutte lysstyrke. Med den metode har man beregnet universets udvidelsesrate til 67,4 +/-0,5 km/s per megaparsec. MEN der er et 'men'; Andre metoder som at måle type 2a supernovaers lysstyrke kommer frem til en højere værdi på 74km/s per megaparsec. Dermed er man i realiteten ikke sikker på universets størrelse, alder og udvidelseshastighed,men har en usikkerhed på 9%.

Derfor har forskere taget en ny metode i brug; Ved at måle de klareste røde kæmpestjerners lysstyrke, fordi de har en øvre grænse for hvor klare de kan blive.
Dermed har de kunnet måle udvidelseshastigheden til 69,4 km/s per megaparsec. Det er så desværre lidt midt imellem,så man ikke kan afskrive den øvre eller nedre grænse skriver Carneige Science.
Imens har andre forskere netop diskuteret komplikationerne for kosmologien, hvis man tager fejl af Hubble konstanten.