Kosmologi

Et internationalt hold af astronomer, som har publiceret den grundigste vurdering af, hvor meget energi der findes i de nære dele af vores Univers,efter at have studeret ikke mindre end 200 000galakser.. Forskerne bekræfter, at energiproduktionen i dag kun er omkring halvdelen af, hvad den var for to milliarder år siden. Energitabet sker over alle bølgelængder fra det ultraviolette til det fjerne infrarøde lys. .

Konklusion: Universet er døende, men det går langsomt.

Galaksebilleder fra GAMMA surveyet Projektet har involveret mange af Verdens kraftigste teleskoper, blandt andet ESO's VISTA og VST teleskoper på Paranalobservatoriet i Chile. Også rumteleskoper har været i brug: to af NASAs (GALEX og WISE) og ESA's Hercshel rumteleskop.

Forskningsprojektet er en del af Galaxy And Mass Assembly (GAMA) projektet, som er det største oversigtsprojekt i mange bølgelængder, som nogensinde er iværksat.

"Vi har brugt så mange rumteleskoper og jordbaserede teleskoper, som vi kunne få fat i, for at måle over 200 000 galaksers energiudsendelse hen over et så bredt spektrum som muligt", siger Simon Driver (ICRAR, The University of Western Australia), som er leder af det store GAMA hold.

De data, som idag bliver frigivet til brug for astronomer over hele Verden, omfatter målinger af hver galakses energiudsendelse i 21 bølgelængder helt fra det ultraviolette til det fjerne infrarøde lys. Det skal forskerne bruge til bedre at forstå hvordan forskellige galaksetyper dannes og udvikler sig.

Al energi i Universet opstod ved Big Bang, og noget af det har været "låst inde" som masse. Stjerner lyser ved at omdanne masse til energi, som Einsteins berømte ligning E=mc2 beskriver. GAMA-projektet har til formål at kortlægge og modellere al den energi, som omdannes indenfor et stort rumfang dels idag og dels på andre tidspunkter tilbage i tiden.

"Det meste af den energi, som skvulper rundt i Universet stammer fra tiden lige efter Big Bang, men der omdannes til stadighed mere energi i stjernerne, når de smelter grundstoffer som for eksempel hydrogen og helium sammen," fortæller Simon Driver."Denne "nye" energi bliver enten absorberet af støv på vej igennem værtsgalaksen, eller den smutter ud i det intergalaktiske rum og suser afsted indtil den rammer et eller andet - det kan være en anden stjerne, en planet, eller en sjælden gang, et teleskopspejl."

Det har været kendt siden slutningen af 1990erne at Universet langsomt bliver mindre energirigt, målt pr volumenenhed, men den nye undersøgelse viser, at det sker over alle bølgelængder, og vi har nu den grundigste oversigt over, hvor meget energi, der udsendes i den nærmeste omegn i Universet.

"Fra nu af vil Universet være i tilbagegang, og langsomt glide ind i alderdommen. Universet har allerede i en vis forstand sat sig på sofaen, trukket tæppet op omkring sig, og er begyndt at nikke. Snart sover det ind til den evige morfar," slutter Simon Driver.

Forskerholdet håber at kunne udvide projektet til at omfatte energiproduktionen over hele Universets historie ved hjælp af en række nye observatorier, herunder Verdens største radioteleskop Square Kilometre Array, som vil være under bygning i det næste årti i Australien og i Sydafrika.

Kilde: 'Charting the Slow Death of the Universe' fra ESO

Universets oscillerende udvidelse Indtil for kun et årti siden gik man ud fra at universets udvidelse blev bremset, men så viste det sig at udvidelsen rent faktisk accellerede. Man ved at accelerationen ikke altid har været den samme, men på et tidspunkt bremsede op og accelerede igen.

Nu har astronomer vist at det ikke kun er sket en gang, men 7 gange i universets historier, så det er en tilbagevendende, cyklus som bliver mindre fra gang til gang.

Kilde:'Is the Universe Ringing Like a Crystal Glass? ' på University of Southern Missisipi
Da universet kort efter Big Bang afkøledes og energi kondenserede og blev til stof, skulle det have været tilfældigt om det blev til stof eller antistof. Men af en eller anden årsag blev almindeligt stof det mest almindelige.

Antistof er ligesom almindeligt stof, men med modsat polaritet, så atomerne har en negativt ladet kerne, med en positiv elektron om. Antistof er teoretisk forudsagt, man har kunnet lave det i CERN-acceleratoren i korte øjeblikke, og man mener man har observeret det over tordenskyer, men ellers har man - mod forventning - aldrig observeret det eller set spor af det ude i universet.

I 2001 foreslog Prof. Tanmay Vachaspati fra Arizona State University at der burde være et enormt intergalaktisk venstresnoet magnetfelt, og at det ville kunne forklare hvorfor stoffet blev almindeligt istedet for antistof.

Ifølge hans teori vil et sådan venstresnoet kosmologisk magnetfelt, kunne være en del af forklaringen på,hvorfor der ikke findes spor efter antistof.

Siden har Fermi røntgen rumteleskopet kortlagt himlens røntgen baggrundsstråling, og den har Tanmay siden analyseret og har fundet spor efter et helikalt magnetfelt, som viser en overvægt af venstre-snoede magnetfelter.


Og denne overvægt af venstresnoede magnetfelter mener han altså, kan forklare manglen på antistof i universet; "Med dette nye resultat har vi det første spor der kan give os løsningen på mysteriet" siger Tanmay.

Kilde: Royal Astronomical Society: 'Left-handed cosmic magnetic field could explain missing antimatter'
Læs mere om antistof hos CERN
Supernova Type 1a supernovaer har længe været brugt som "fyrtåne", når man skulle afstandsbedømme fjerne galakser og er dermed hjørnestenen i vores opfattelse af universet størrelse og udvidelseshastighed. Nyere opdagelser har dog vist at de kan variere i lysstyrke.

En undersøgelse af disse variationer viser nu at type 1a supernovaerne kalder i 2 kategorier,og at den klare kategori er almindeligst i vores del/alder af universet. Konsekvensen af resultatet er at universet og dermed også dens udvidelseshastighed, er mindre end man hidtil har ment.

LÆS 'Accelerating Universe? Not So Fast' fra University of Arizona
En af de fjerneste galakser, som nogensinde er observeret er også grundigt fyldt med støv. Det er ikke set før så tidligt i Universets historie. Åbenbart udvikler nogen galakser sig langt hurtigere efter Big Bang end astronomerne hidtil har troet. Det er observationer med ESOs ALMA-teleskop, som har indfanget den svage glød af koldt støv i galaksen med det mundrette navn A1689-zD1, og Very Large Telescope (VLT) er så brugt til at måle afstanden til galaksen.

Det er et hold astronomer under ledelse af Darach Watson fra Københavns Universitet, som har brugt X-shooter-instrumentet på Very Large Telescope i kombination med ALMA - Atacama Large Millimeter/submillimeter Array til at observere en af de yngste og fjerneste galakser, som nogensinde er fundet. Overraskende nok fandt de ud af, at galaksen er nået meget længere i sin udvikling end forventet. Det kan ses af støvindholdet i galaksen, og indholdet svarer til en meget moden og udviklet galakse som for eksempel Mælkevejen. Det galaktiske støv er vigtigt for livets oprindelse fordi det er en forudsætning for planetdannelse, komplekse molekyler og normale stjerner.

Galaksen A1689-zD1Galaksen har katalognummeret A1689-zD1. Den eneste grund til, at vi overhovedet kan se den er, at lyset fra den bliver forstærket mere end ni gange af en gravitationslinse, som ligger imellem os og den fjerne galakse. Linsen er en galaksehob, som hedder Abell 1689. Uden hjælp fra denne smukke hob ville den fjerne baggrundsgalakse have været alt for svag til at kunne ses.

Vi ser A1689-zD1 som galaksen så ud, da Universet var kun 700 millioner år gammelt. Det er 5% af den nuværende alder. Selve galaksen er ret så ydmyg - meget lettere og mindre lysstærk end mange andre af de objekter, som vi har studeret fra samme tidsperiode i Universets ungdom. Dermed er denne galakse nok også mere typisk for sin tid. Vi har blot aldrig før kunnet se en af slagsen.

A1689-zD1 ser vi vi som den så ud under den periode i det tidlige Univers, som kaldes reionisationsperioden. Det var den gang da de første stjerner blussede op, og for første gang oplyste Universet. Indtil da havde Universet i lang tid været gennemsigtigt, men mørkt - i den periode, som kaldes " the Dark Ages." ("De mørke tider". Heri ligger et ordspil på engelsk, idet Middelalderen kaldes det samme. o.a.). Istedet for som forventet at ligne en ung galakse, overraskede denne her astronomerne fordi den viser tegn på en udviklet kernefysik og indeholder store mængder kosmisk støv.

"Da vi med VLT-målingerne havde fundet galaksens afstand, opdagede vi, at den tidligere var blevet observeret med ALMA," siger Darach Watson. "Vi regnede ikke med at finde noget særligt, men jeg vil nok sige, at vi blev ret så enthusiastiske, da vi fandt ud af at ALMA ikke blot havde observeret vores galakse. Det var også blevet gjort godt og grundigt. Et af hovedmålene med ALMA-observatoriet var at finde galakser i det unge Univers ved hjælp af deres stråling fra kolde gasser og støv - og her var vi lige på kornet."

Galaksen var kosmisk set en baby, men helt klart tidligt udviklet. Dens unge alder taget i betragtning ville vi vente, at den manglede de tungere grundstoffer, det vil sige alt tungere end hydrogen og helium. De tunge grundstoffer er det, vi i astronomien med en samlende betegnelse kalder metaller. De tunge grundstoffer dannes i stjernernes dybe indre, og de bliver først spredt ud i det omgivende rum når stjernerne eksploderer eller på anden måde går til grunde. Denne berigelse eller "forurening" med tunge grundstoffer skal ske i mange stjernegenerationer efter hinanden før vi kan måle væsentlige mængder af kulstof, ilt og kvælstof.

Men overraskende nok udsender A1689-zD1 masser af stråling i det fjerne infrarøde bølgelængdeområde. Det viser, at der allerede på trods af galaksens unge alder var dannet masser af stjerner og store mængder metaller. Dertil kommer, at støvindholdet i forhold til gasindholdet er så højt, at det svarer til det, vi finder i meget mere udviklede, ældre galakser.

"Vi er stadig ikke helt sikre på, hvor det galaktiske støv kommer fra," forklarer Darach Watson,"men det, vi måler her, tyder på, at støvet dannes meget hurtigt, og så tidligt som indenfor 500 millioner år efter at selve stjernedannelsen i Universet starter. Det er meget kort tid, kosmologisk set - når man tager i betragtning, at de fleste stjerner lever i flere milliarder år".

Det ser ud til, at A1689-zD1 kontinuerligt og stille og roligt har dannet stjerner siden 560 millioner år efter Big Bang. Alternativt har galaksen gennemgået en kort periode med ekstremt hurtig stjernedannelse, et starburst , før aktiviteten så igen er klinget af.

Det har tidligere bekymret astronomerne, at man måske ikke ville kunne se støv i disse tidlige galakser overhovedet, men A1689-zD1 har gjort bekymringerne overflødige. Det tog kun kort tids ALMA-observationer før opdagelsen var i hus. Det nye i opdagelsen er først og fremmest, at der nu er evidens for støv i disse tidlige galakser. Det er ikke set før.

Kirsten Knudsen (Chalmers Tekniske Universitet) er medforfatter til artiklen. Hun tilføjer: "Denne helt overraskende støvede galakse har haft rigtig travlt med at danne sine første generationer af stjerner. Fremover vil ALMA kunne hjælpe os med at finde flere galakser af denne slags, og så finder vi måske også ud af, hvad det er, der får dem til at ville være voksne så hurtigt."

Kilde: ESO