Var der noget før Big Bang? Og hvad skete der egentlig dengang for 13,7 milliarder år siden?

Disse spørgsmål skal danske Martin Snoager Sloth, der er forsker i kosmologi, prøve at finde svar på i det nye år. 1. januar starter han sin helt egen forskningsgruppe på Syddansk Universitet, som over de næste fem år skal undersøge data fra den europæiske satellit Planck.

Satellitten, som er opsendt af Den Europæiske Rumorganisation ESA, er netop nu i gang med at foretage målinger af den såkaldte kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, som kort sagt er lyspartikler, der stammer helt tilbage fra Big Bang. Nærstudier af denne baggrundsstråling kan give nye svar på, hvad der præcist skete i forbindelse med Big Bang.

»Med dette projekt håber vi kort og godt på at opnå en dybere forståelse af universets oprindelse,«  siger Martin Snoager Sloth, der kommer fra en stilling i CERN og ved Universitetet i Geneve i Schweiz.  

Ekkoet fra Big Bang

Hvis man rejste mere end 13,7 milliarder år tilbage i tiden og besøgte universet, som det så ud kort efter Big Bang, ville man opleve et univers, som var helt sammenpresset og ekstremt varmt. Der ville desuden være helt bælgravende mørkt, fordi de fotoner, der blandt andet sørger for synligt lys, hele tiden blev stoppet af frie protoner og elektroner, som blokerede for fotonerne på den trange plads.

Siden den store eksplosion har universet imidlertid udvidet sig konstant, og efter godt 380.000 år blev der plads til strålingen fra fotonerne, fordi tætheden af protoner og elektroner var tilpas fortyndet. Universet blev gennemsigtigt, og lyset kunne bryde frem.

Siden har fotonerne rejst igennem det ekspanderende verdensrum som et snapshot af universet, da det var 380.000 år gammelt. Fotonerne er altså stråling fra Big Bang, som har rejst uhindret gennem universet, hvor den i dag kendes som den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling.

Nye målinger af baggrundsstråling

Strålingen er blevet undersøgt ved flere lejligheder. Blandt andet kan hele universets temperatur måles ved hjælp af baggrundsstrålingen.

Strålingen er ligesom resten af universet blevet koldere i takt med universets udvidelse. I dag er strålingen 2,73 grader Kelvin, svarende til minus 270 grader Celcius. Det betyder, at hele universet er 2,73 grader Kelvin.

Planck-satellitten er i fuld gang med at foretage nye og hidtil uset nøjagtige målinger af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling. Målinger der kan gøre os meget klogere på universets oprindelse.

Det er de målinger den danske kosmologi-forsker Martin Snoager Sloth og hans forskningsgruppe skal kigge nærmere på. Målet er at teste og udfordre de nuværende modeller for universets skabelse.

Mangelfuld model for Big Bang

Først og fremmest er der mangler ved den klassiske Big Bang-teori, der kaldes for standard-Big Bang-modellen.

Planck har ud over målinger af universets baggrundsstråling også indsamlet data om støv- og gaspartikler i vores galakse, Mælkevejen. (Foto: ESA)

»På meget store skalaer er universet meget homogent. Det ser ens ud i alle retninger. Fordelingen af galakser i én retning, er den samme, når vi kigger i en anden retning. På samme måde er strålingen fra Big Bang, den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, ens i alle retninger,« forklarer Martin Snoager Sloth.

»Den synlige univers ser ens ud overalt til en meget høj præcision, og det har standard-Big Bang-modellen svært ved at forklare. Der er simpelthen et hul i modellen.«

Big Bang-modellens manglende dresscode

Standard-Big Bang-modellens forklaringsproblem består i, at ingen information kan udbrede sig hurtigere end lysets hastighed. Det betyder, at to punkter ikke ville kunne nå hinanden, hvis de var mere end 380.000 lysår fra hinanden, da den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling brød igennem 380.000 år efter Big Bang.

»Men vores synlige univers var mange gange større end 380.000 lysår, da det var 380.000 år gammelt. Det vil sige, at to punkter i hver sin ende af det synlige univers ikke havde haft tid til at udveksle information eller »snakke sammen« på det tidspunkt,« fortæller Martin Snoager Sloth.

»Det svarer til, at 100.000 mennesker dukker op til den samme fest i nøjagtig ens tøj, og så siger de alle sammen, at der en tilfældighed, at de er ens klædt på helt ned til undertøjet. Man ville tænke, at det er usandsynligt, og at de må have modtaget en invitation med en dresscode inden festen.«

Universet kan have udvidet sig hurtigt

Der er flere bud på, hvordan hullet i standard-Big Bang-modellen skal lappes. En af de mest populære er den såkaldte inflationsmodel.

Modellen går ud på, at universet havde en kort periode med en ekstraordinær hurtig udvidelse eller inflation sekundet efter Big Bang, som gjorde universet homogent. Ifølge standard-Big Bang-modellen har universet udvidet sig med en aftagende hastighed siden Big Bang, men den teori kan altså ikke forklare det ensartede univers.

»En kort og ekstremt hurtig udvidelse lige efter den store eksplosion forklarer derimod, hvorfor dele af universet, der var mere end 380.000 lysår fra hinanden, havde samme temperatur, da den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling brød igennem,« forklarer Martin Snoager Sloth.

Planck-satellittens rumteleskop er udstyret med et 1,5 meter stort spejl, der er leveret af DTU Space i Danmark. (Foto: ESA)

»Inflationsmodellen er baseret på en hypotese om den såkaldte inflatonpartikel, der fungerer som den dresscode, der mangler i standard-Big Bang-modellen. Ifølge inflationsmodellen er det denne inflatonpartikel, der driver den hurtige udvidelse af universet.« 

Var der noget før Big Bang?

En anden og konkurrerende teori hedder før-Big Bang-modellen, som går ud på, at universet trak sig sammen før Big Bang, hvorefter det begyndte at udvide sig igen efter den store eksplosion.

»Ifølge før-Big Bang-scenariet undergik universet en uendelig lang fase, hvor det trak sig sammen til en meget tæt og varm tilstand, inden det igen begyndte at udvide sig. Big Bang er selve tidspunktet, hvor universet gik fra at trække sig sammen til at udvide sig,« fortæller Martin Snoager Sloth.

»Alt stof og stråling i universet kommer, ifølge denne model, fra en såkaldt curvatonpartikel, som jeg var med til at opdage for 10 år siden. Man kan sige, at hvis Gud lod der være lys, så er Gud enten en inflatonpartikel eller en curvatonpartikel alt efter, om inflationsmodellen eller før-Big Bang-modellen er den rigtige.«

Første målinger klar i 2012

De meget præcise målinger af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling, som Plack-satellitten kan levere, kan give forskerne svar på, hvilken model der er den rigtige.

»Når man zoomer ind på den 2,73 grader varme stråling fra Big Bang, vil man på femte decimals plads se små temperaturændringer. Det er detaljerne i billedet af vores univers, da det var 380.000 år gammelt,« forklarer Martin Snoager Sloth.

»Ved at studere strålingen med et mikrobølgeteleskop, som Planck er udstyret med, kan vi aflæse, om dresscoden bad om en inflatonpartikel eller en curvatonpartikel. Dermed kan vi få svar på, om løsningen på problemet med standard-Big Bang-modellen var en hurtigt accelererende udvidelse eller en før-Big Bang-fase med sammentrækning.«      

Det forventes, at Planck-satellittens første målinger er klar i løbet af 2012.