NRK Meny
Normal

Universet i 3D

Verdens største tredimensjonale bilde av universet bygger seg opp på astronomenes skjermer. Nå studeres lyskilder som er 12 milliarder lysår fra oss.

Utsikt mot universet

Utsikt mot universet

Foto: Sloan Digital Sky Survey

På et skogkledt fjell i New Mexico står et teleskop med et hulspeil på 2,5 meter i diameter. Teleskopet har siden år 2000 samlet lys fra fjerne melkeveisystemer, galakser. Nå samler teleskopet også lys fra enda fjernere lyskilder.

Målet er å kartlegge rundt en fjerdedel av universet. Prosjektet kalles

Sloan Digital Sky Survey .

Sloan digital sky survey-teleskopet

SDSS-teleskopet ved Apache Point (2789 m.o.h.) i New Mexico, USA.

Foto: NASA

– I prinsippet kan teleskopet se 60 prosent av himmelen, men mye av dette området er bak støvskyer i vår egen Melkevei. Vi har valgt de beste 25 prosentene hvor Melkeveien ikke skygger for, skriver David Schlegel, hovedansvarlig for prosjektet, i en e-post til forskning.no .

– Et av de første målene med dette prosjektet var å kartlegge galaksene i det lokale univers, det vil si ut til omkring åtte milliarder lysår, forteller professor Øystein Elgarøy ved Institutt for teoretisk astrofysikk på Universitet i Oslo.

– Forskerne har i første omgang kartlagt rundt 930 000 galakser. Dette har vært et fruktbart prosjekt, sier Elgarøy.

Fart øker med avstand

Kartleggingen skjedde i tre dimensjoner. Det betyr at både retning og avstand til galaksene ble målt.

Retningen til galaksene er lett å bestemme ut fra hvor de er på himmelen. Avstanden er vanskeligere å måle. Astronomene finner den indirekte. De måler hvor raskt galaksene fjerner seg fra oss.

Hele universet utvider seg nemlig. Og jo lengre galaksene er fra oss, desto raskere fjerner de seg.

Det blir som når du drar i en strikk: Ytterpunktene av strikken er lengst fra hverandre. Ytterpunktene går også raskere fra hverandre enn to steder tett inntil hverandre på strikken. Men hvordan måle farten?

Rødforskyvning

Forskerne ser på fargen av lyset. Akkurat som et bilhorn synker i tonehøyde når bilen passerer og fjerner seg, slik endres ”tonehøyden” eller fargen på lyset seg fra blått mot rødt når lyskilden fjerner seg.

Dette kalles rødforskyvning. Jo større rødforskyvning, desto større fart har galaksene vekk fra oss, og desto større er altså avstanden til dem.

Ved å se på galakser, kunne forskerne i Sloan Digital Sky Survey kartlegge universet ut til en avstand på rundt åtte milliarder lysår.

Men universet er større. Hvordan lodde de aller største dypene av himmelrommet?

Kvasarer

– En ny del av prosjektet er å måle lyset fra kvasarer. De ligger opptil 12 milliarder lysår fra oss. Målet er å undersøke opptil 150 000 kvasarer, forteller Elgarøy.

Kvasarer finnes i midten av de fjerneste, største galaksene. Her finnes det enorme svarte hull. I disse svarte hullene suger tyngdekreftene alt stoff inn i et uendelig lite punkt.

– Materien som faller inn mot det supermassive svarte hullet danner en skive. Partiklene i skiven blir akselerert til høye hastigheter, og sender ut stråling, sier Elgarøy.

Kvasar

Et voksende svart hull, kalt en kvasar, kan sees i sentrum av en fjern galakse.

Foto: Illustrasjon: NASA

Dette lyset kan astronomene se. Det har fått navnet kvasarer. Navnet kommer av kvasi-stellar, altså nesten-stjerneaktig. Forskerne trodde nemlig først at disse lyskildene var en slags store, fjerne stjerner.

– Marteen Schmidt og Donald Lynden Bell fikk den første Kavliprisen i astrofysikk i 2008 for nettopp å ha løst gåten om hva kvasarer er, forteller Elgarøy.

Hydrogenskyer

Men forskerne i Sloan Digital Sky Survey er ikke først og fremst interessert i lyset fra selve kvasarene. De er ute etter å se hva som er mellom disse fjerne kvasarene og oss. Der er det nemlig store mengder gass av hydrogen, det vanligste stoffet i universet.

Når lyset fra kvasarene går gjennom hydrogenskyene, blir det farget av hydrogengassen. Det vil si, hydrogengassen fjerner enkelte farger i lyset.
Hvis astronomene bryter lyset til en regnbue, et spekter, kan de se at enkelte helt spesielle farger er borte. Fargene som mangler, ser ut som mørke linjer i regnbuespekteret.

Regnbueskog

Og siden hydrogengassen også fjerner seg, så vil en spesielle farge som er borte, en mørk linje, også bli rødforskjøvet. Denne spesielle linjen er en slags farge-signatur for hydrogen. Astronomene kaller den Lyman-Alpha-linjen.

Lyset fra kvasarene går gjennom mange hydrogenskyer i forskjellig avstand. Det betyr at astronomene ser mange mørke linjer, som er forskjellig rødforskjøvet. Det ser ut som silhuetten av mørke trestammer i en regnbueskog. Astronomene kaller det en Lyman Alpha-skog.

Ut fra denne skogen av mørke linjer kan astronomene bestemme hvor langt unna de forskjellige hydrogenskyene er. Og de ligger ikke jevnt fordelt, men i klumper.

Kosmisk lyd

Utsnitt fra kart over universet

Utsnitt av lite område på det tredimensjonale kartet, hvor røde områder inneholder er bobler med mer hydrogengass.

Foto: Figur: Anze Slosar og BOSS Lyman-alpha cosmology working group

Da universet eksploderte i det første store smellet, var det mye mindre og varmere enn nå. I denne sydende massen var det små klumper med større tetthet.
Ut fra disse klumpene, som ringer i vann, gikk det trykkbølger. På sett og vis var de lydbølger, men selvfølgelig var det ingen ører som kunne høre dem. Astronomene kaller trykkbølgene for kosmisk lyd.
Universet utvidet seg raskt den første tiden, som en gigantisk eksplosjon, og de kosmiske lydbølgene spredte seg som ringer i vann.

Da universet var 400 000 år gammelt – altså rene barnet i forhold til dagens 13,7 milliarder år – stanset de kosmiske trykkbølgene opp.
Og der står de fortsatt som en slags frosne trykkbobler av fortettet gass som er spredt utover i universet.

Målestokk

En slik klump har en diameter på rundt 490 millioner lysår. Slike klumper blir brukt av astronomene som en slags standard lengdemål, spredt utover i universet.

På denne måten har nå forskerne i Sloan Digital Sky Survey laget et tredimensjonalt kart av hydrogenboblene helt ut til en avstand av 12 milliarder lysår.

3D-kart av universet

3D-kart av universet.

Foto: Figur: Anze Slosar og BOSS Lyman-alpha cosmology working group

Tidsreise

Når astronomene ser utover i universet, ser de også bakover i tiden. Når kvasarene er 12 milliarder lysår fra oss, betyr det at lyset vi ser fra dem, har brukt 12 milliarder år på å krysse avgrunnene til vår lille blå planet.

Det betyr altså at dette lyset er 12 milliarder år gammelt. Med andre ord: Da dette lyset ble sendt ut, var universet ennå ganske ungt, bare i underkant av to milliarder år gammelt.

Slike avstandsmålinger utover i rommet blir derfor også som en reise bakover i universets historie. Astronomene kan få svar på grunnleggende spørsmål som: Hvor fort utvider universet seg? Hvordan så det ut for lenge siden?

Mørk energi

Det viser seg at universet ikke bare utvider seg. Det utvider seg også fortere og fortere etter hvert som tiden går.

Forskerne tror forklaringen ligger i en ukjent form for energi som kalles mørk energi. Ved å kartlegge universet i tre dimensjoner kan forskerne få bedre begrep om hvordan denne mørke energien påvirker universet i stor skala.

Det siste 3D-kartet ble presentert på et møte ved American Physical Society i Anaheim, California i april i år.

– Foreløpig er bare 14 000 av 150 000 kvasarer målt, forteller Øystein Elgarøy.– Men forskerne har vist at teknologien fungerer. Når de har nådd målet, er dette en kraftig metode for å lære mer om mørk energi.

Elgarøy understreker likevel at disse målingene alene ikke er nok til å avsløre mysteriet med den mørke energien.

– Men de er en viktig brikke i det store spillet, sier han.

Data fra Sloan Digital Sky Survey er åpent tilgjengelig på internett. Det er også mulig å reise gjennom universet selv i tre dimensjoner på Google Sky og andre nettsteder ved hjelp av data fra dette prosjektet, som skal avsluttes i 2014.

– Jeg skulle likt å se 3D-visualiseringer av våre data. Dette krever ekspertise utover hva vi har, men alle er frie til gjøre dette med våre data, skriver David Schlegel til forskning.no.

– Adler-planetariet har laget en gjennomflygning av universet sett utfra Sloan med tidligere data. Kanskje vil noen gjøre dette med våre større datasett? Kanskje noen av forskning.nos lesere har ekspertisen? spør Schlegel.