Hvordan blev universet til?

Hvis universet udviklede sig sådan, som fysikerne tror, udvidede det sig med en enorm hastighed umiddelbart efter Big Bang. Den hastige udvidelse af universet betød, at der blev skabt tyngdebølger – krusninger i rum og tid – i splitsekundet efter det store brag.

Hvis det en dag lykkes at detektere signaler fra denne hastige udvidelse, vil det være et vigtigt bevis for den såkaldte inflationsteori. Samtidig vil det udløse en nobelpris. I hvert fald hvis man spørger professor Pavel Naselsky fra Niels Bohr Institutet på Københavns Universitet:

»Ingen kan love dig, at vi finder tyngdebølger fra Big Bang, men jeg håber det. Uden vores fortid kan vi ikke forstå vores fremtid. Hvis nogen finder dem, får de en nobelpris.«

Der er med andre ord stor videnskabelig interesse for det grønlandske projekt, som Pavel Naselsky selv står i spidsen for, og som netop nu er i sin opstartsfase. Et splinternyt teleskop skal blandt andet lede efter tyngdebølger, også kaldet gravitationsbølger, ved at studere såkaldt kosmisk mikrobølge-baggrundsstråling i det dybe rum. Teleskopet skal placeres midt på Indlandsisen og hedder, meget passende, 'DeepSpace'.

»Jeg kan ikke garantere, at vi finder gravitationsbølger gennem kosmisk mikrobølge-baggrundsstråling fra det tidligste univers, men selv hvis vi ikke gør, vil vi stadig forbedre vores viden om fundamental fysik gevaldigt meget med dette projekt,« siger professoren.

Tyngebølger er krusninger i rum og tid

Hvis du sidder og tænker, at tyngebølger er old news, for dem fandt forskerne da allerede tidligere på året, har du ret. Og så alligevel ikke. Det er nemlig en anden type tyngdebølger, der var tale om i starten af 2016.

Hold fast, for det er slet ikke så indviklet igen.

LÆS OGSÅ: Hvad er tyngdebølger?

Når store objekter kolliderer, skaber det krusninger i rum og tid. Du kan nærmest forestille dig, at rummet sender bølger ud, som vand gør, når du tramper i det. Når bølgerne rammer Jorden, har de rejst så langt, at de kun viser sig i bittesmå udsving i måleapparaterne – og derfor var det noget af en bedrift, da amerikanske forskere tidligere på året for første gang i verdenshistorien kunne prale af at have målt netop sådanne svingninger.

Fysikerne mener, at disse tyngdebølger stammede fra to sorte huller, som længe havde kredset om hinanden og til sidst var kollideret. En dramatisk hændelse, som udsender uhyggelige mængder energi. Ved hullernes kollision var gravitationsbølgernes kraft mange gange større end energien fra alle stjerner i hele universet. Alligevel er den for intet at regne, hvis man sammenligner med den kraft, som kollisionen over dem alle – selveste Big Bang – sendte ud.

»Vi kan observere universet på langt større skala«

LIGO-målingerne fra 2015, som blev offentliggjort februar 2016, er alligevel en stor og vigtig appelsin i DeepSpace-forskernes turban, forklarer han.

»Før LIGO kom med deres resultater, var der ingen, der målte på tyngdebølger. Nu ved vi, at de eksisterer; nu er det et spørgsmål om, om universet også producerede gravitationsbølger i begyndelsen af universets udvidelse. Og vi kan observere universet på en langt større skala, end LIGO kan.«

Det unikke ved DeepSpace-teleskopet er de frekvenser, som det skal undersøge universet i. Teleskopet kommer til at operere inden for tre frekvensbånd. Mere præcist 8, 10 og 15 GHz, og det er lavt sammenlignet med tidligere projekter – eksempelvis PLANCK-teleskopet, som har studeret den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling siden 2009. Samme stråling, som DeepSpace-teleskopet er sat i verden for at studere.

Men lavt er ikke dårligt i denne sammenhæng, forklarer Pavel Naselsky, som selv er og har været dybt involveret i Planck-projektet.

»Planck-projektet er utrolig stort, men jo mere vi nærmer os enden, jo mere begynder vi at forstå, at der mangler noget. Det er de lave frekvenser. Vi skal have dækket hele spektret, og vi har desperat brug for dette frekvensdomæne for at få det fulde billede.«

Skyder efter to mål med én kugle

DeepSpace-teleskopet skal som sagt kigge langt ind – eller ud, om man vil – i det dybe rum ved at studere såkaldt kosmisk mikrobølgebaggrundsstråling, som er ældgammelt lys fra det tidligste univers. Nogle kalder det eftergløden fra Big Bang.

Kort sagt, er der tale om den samme type stråling, som findes i din mikrobølgeovn derhjemme. Lys med bølgelængde i mikrometer, som ikke er synligt med det blotte øje.

Strålingen kan karakteriseres ud fra flere egenskaber, hvoraf en af dem er lysets polarisation, som giver information om dets orientering eller rotation.

Der findes to typer; E-type og B-type. Fysiske modeller for universets tilstand de første brøkdele af et sekund efter Big Bang forudsiger, at B-type-polarisation kun kan produceres i det tidligste univers. Derfor vil det være et indirekte bevis for gravitationsbølgerne fra Big Bang – og et kæmpe gennembrud – hvis det lykkes at måle B-type-polarisation.

DeepSpace-teleskopet har to formål:

• For det første at lave endnu bedre karakterisering af stråling i galaksen, end vi har nu.
  
• Forudsat at dette lykkes, vil det andet mål være at afgøre, om der findes kosmisk B-type polarisation af den kosmiske mikrobølgebaggrundsstråling.

Flere har ledt efter signaler fra universets fødsel

Det er endnu ikke lykkedes nogen at måle tyngdebølger fra Big Bang – men flere har prøvet. I 2014 var mange endda overbevist om, at det rent faktisk var lykkedes, da forskere ved det amerikanske BICEP2 på Sydpolen påstod, at de havde observeret netop kosmisk B-type-polarisation.

Nyhedsmedier verden over – Videnskab.dk inklusive – bragte med begejstring nyheden om, at det var lykkedes at måle signaler fra universets begyndelse.

Snart efter blev historien dog punkteret; det viste sig, at forskerne ikke havde taget ordentlig højde for forurenende lys fra støv i vores egen galakse.

LÆS OGSÅ: Målefejl: Sensationelle signaler fra Big Bang undervurderer støv

»Der var utrolig meget larm omkring BICEP2-resultaterne. Det tog os to måneder at vise ved hjælp af målinger fra Planck, at de tog fejl. Det er meget vigtigt, hvis man vil lave solid videnskab, at ens resultater kan bekræftes af uafhængige kilder,« siger Pavel Naselsky, som forklarer, at DeepSpace-forskerne derfor samarbejder med et kinesisk projekt samt et på Tenerife i Spanien.

Hvis det en dag lykkes at måle det, alle håber på, skal det kunne bekræftes af målinger fra disse teleskoper.

Grønland er et af de bedste steder at observere stråling

DeepSpace-teleskopet har dog et es i ærmet i forhold til andre, lignende projekter. Den del af himlen, der kan observeres fra Grønland, er nemlig meget mindre forurenet af polariseret støv, end hvad man for eksempel kan se fra teleskoperne på Sydpolen.

Teleskopet er i de sidste faser af at blive konstrueret i Californien og skal herefter fragtes til Summit, som ligger lige i midten af Grønland. I Summit er der meget tørt med lav luftfugtighed. Det giver optimale betingelser for at observere kosmiske mikrobølger.

»Vi er nødt til at tage til Grønland for at måle i de frekvenser, vi gerne vil. Vejret er koldt, vanddampen er frosset, og atmosfæren er ekstremt god i forhold til baggrundsstrålingens gennemsigtighed,« siger Pavel Naselsky og fortsætter:

»Jeg er stor fortaler for Grønland. Det er et af de bedste steder i verden til at observere den stråling, som kommer fra meget fjerne steder i universet – og så er det billigt.«

Pavel Naselsky forklarer, at det er billigere at komme til Grønland end til Sydpolen, transportforholdene er gode, og hvis noget går galt, kan man bare gentage den del af eksperimentet, siger han.

Målingerne bliver bedre og bedre

DeepSpace-projeket er kun i sin allerspædeste opstart lige nu, og der går formentlig tre år, før forskerne kan præsentere det første billede af himlen i mikrobølgestråling. I første omgang skal der etableres en forskningsstation med acceptable levevilkår for de mennesker, som kommer til at arbejde på projektet.

Selve observationerne starter formentlig først til næste år, hvor Pavel Naselsky selv kommer til at befinde sig i Grønland. Til gengæld bliver teleskopets målinger bedre og bedre med tiden. Jo mere, forskerne får stillet skarpt og kalibreret signalet, jo mere kan de reducere 'støjen' fra vores egen galakse.

»Det er min pligt at sørge for, at alting bliver designet og testet ordentligt. Vi er nødt til at være så ekstremt sikre i vores målinger. Af og til ser vi jo nogle signaler hist og her, men derfra og så til at overbevise andre – og en selv, ikke mindst – det kræver, at vi er virkelig omhyggelige.«

Pavel Naselsky tror, at det en dag vil lykkes at måle signalerne fra universets begyndelse. Men videnskab kan ikke bygges på tro, understreger han.

»Jeg føler mig sikker på, at vi finder dem, men videnskabeligt arbejde kan ikke basere sig på tro. Vi er nødt til at vide.«