Her er Hubbles største opdagelser

I de 25 år, Hubble-teleskopet har kredset om Jorden, har det udrettet to store ting:

• Det har vist os alle, hvor fantastisk universet er. Vi ser i dag Hubbles billeder overalt.
  
• Det har udvidet vort astronomiske verdensbillede

Selv efter 25 år med Hubble er Big Bang stadig vort bedste bud på en sammenhængende teori for universets udvikling, men Hubble har vist os, at det er nødvendigt at udvide teorien med nye begreber som mørk energi og mørkt stof.

Det er dog sjældent, at Hubbles målinger har stået alene – mange af de store opdagelser er sket i samarbejde med observatorier her på Jorden eller i rummet.

Vi har her valgt et uddrag af Hubble-teleskopets vigtigste bidrag til astronomien blandt de over 100.000 billeder og andre målinger Hubble har sendt tilbage til Jorden.

Mørk energi

Den måske vigtigste opdagelse i moderne astronomi er, at universet udvider sig stadig hurtigere. Det var en helt uventet opdagelse, for astronomerne var meget sikre på, at udvidelsen langsomt blev bremset af tyngdekraften.

For at forklare, at udvidelsen sker stadig hurtigere, var det nødvendigt at indføre en frastødende kraft, kaldet mørk energi. Den er nødvendig for at beskrive universet, men vi aner ikke, hvad begrebet dækker over.

Mørk energi blev erkendt som begreb i 1998 i forbindelse med studiet af nogle meget fjerne supernovaer. Supernovaer kan man også observere fra Jorden, men kun Hubble kunne se tilstrækkeligt langt ud i universet og dermed tilstrækkeligt langt tilbage i tiden til at vise, at universet udvider sig stadig hurtigere. Det, som Hubble opdagede, var, at meget fjerne supernovaer var mere lyssvage end forventet.

Ser vi på en supernova, der udsendte sit lys, da universet var måske halvt så stort som nu, kan man ud fra den klassiske Big Bang teori beregne, hvor længe lyset har været undervejs mod os. Det viste sig nu, at den lysstyrke, Hubble målte for disse supernovaer, var mindre end forventet. Det må betyde, at lyset har været længere tid undervejs end forudsagt af teorien. Og det må igen betyde, at universet for lang tid siden udvidede sig langsommere, end det gør i dag.

Mørkt stof

Vi ved, at universet indeholder en stor mængde stof, vi ikke kan se, og som kaldes for mørkt stof. Det afslører sin eksistens ved at påvirke bevægelsen af stjerner og galakser, og målingerne viser, at der er meget mere mørkt stof end almindeligt stof i universet.

Hubble er bestemt ikke alene om at undersøge det mørke stof, men rumteleskopet har givet nogle meget vigtige bidrag.

Mørkt stof viser sig ved sin tyngdekraft, og ifølge Einstein krummer tyngdefeltet selve rummet. Det betyder, at lys fra fjerne galakser afbøjes af tyngdekraften fra det usynlige mørke stof. Fænomenet kaldes for Gravitational Lensing (Tyngde linser), fordi tyngdekraften afbøjer lys på en måde, der minder om lysets afbøjning i en linse af glas.

Hubble har foretaget nogle meget præcise målinger af fordelingen af det mørke stof i universet, netop baseret på gravitational lensing. Så takket være Hubble har vi nu et kort over det mørke stofs fordeling.

Lige så vigtigt: Hubbles evne til at se meget lyssvage stjerner har vist, at det mørke stof ikke består af et stort antal af universets mindste stjerner, de såkaldte røde dværge. De er der, men kan højst udgøre nogle få procent af massen af det mørke stof. Hvad det mørke stof er, ved ingen, men der gættes på en eller anden form for tung partikel, som vi endnu ikke har fundet.

Universets alder

Der er et tal, som hedder Hubbles konstant, som fortæller, hvor hurtigt universet udvider sig i dag. To grupper af berømte astronomer var i sin tid kommet frem til hvert sit tal, nemlig 50 og 100. Begge grupper var meget sikre i deres sag, og det førte i mange år til nogle meget livlige møder og diskussioner, uden at der blev opnået enighed.

Det var dog sikkert, at hvis tallet havde været 100, så ville universet være yngre end de ældste stjerner, hvilket jo er umuligt.

Målingerne var baseret på en type variable stjerner, der kaldes for Cepheider. Og her var lige en opgave for Hubble, der kunne observere Cepheider i galakser millioner af lysår borte. Resultatet blev et tal for Hubble konstanten midt i mellem de to klassiske bud– nemlig mellem 71 og 74.

Bruger man dette tal sammen med opdagelsen af, at universet udvider sig stadig hurtigere, så er universets alder nu fastsat til 13,8 milliarder år med en usikkerhed på bare 40 millioner år.

Der er dog stadig et problem: Det europæiske Planck-teleskop har brugt andre metoder til at måle udvidelsen og er nået frem til en værdi for Hubble konstanten på 68. Planck er dermed ikke helt enig med Hubble-teleskopet, så der er stadig plads til diskussioner.

Store galakser har udviklet sig fra små galakser

Et af de vigtigste projekter for Hubble har været de såkaldte Deep Field og Ultra Deep Field billeder af det meget unge univers.

Disse billeder har krævet, at Hubble i uger har stirret på det samme lille område af himlen for at opfange det svage lys fra de allerførste galakser, dannet så tidligt som bare 500 millioner år efter Big Bang.

Projektet er lykkedes over al forventning, og billederne har vist os, at det meget unge univers slet ikke ligner vort nuværende univers. I stedet for enorme galakser som vor egen Mælkevej, der har en diameter på 100.000 lysår og indeholder over 200 milliarder stjerner, så var der dengang nogle meget små og lidt kaotiske strukturer, som må være protogalakser – de byggesten, som de nuværende store galakser er opbygget af.

På grund af deres udseende fik de navne som haletudser og togvrag.

Nu var det meget unge univers ikke ret stort, så det førte til mange sammenstød mellem de små protogalakser – og derved blev store galakser som vor egen Mælkevej opbygget.

Næsten alle galakser har et massivt sort hul i centret

Når Hubble kan se ind til centrum af en galakse, viser det sig ofte, at centret lyser meget stærkt, og at der findes en hurtigt roterende gasskive. Denne gasskive må holdes på plads af et meget stærkt tyngdefelt, og da denne tyngdekraft altid stammer fra et meget lille område, så må konklusionen være, at der i selve centret befinder sig et stort, sort hul.

Det stærke lys kommer naturligvis ikke fra selve hullet, men fra gasskiven, der danner en hvirvel om hullet – ligesom når vand lukkes ud af et badekar. Før gassen suges ind i hullet, er den opvarmet til millioner af grader og udsender derfor et stærkt lys.

Det snedige er, at Hubble også kan måle, hvor hurtigt gaskiven roterer. Det gør den ved at måle rødforskydningen og blåforskydningen af de gasser, der farer rundt om det sorte hul med mange tusinde kilometer i sekundet.

Disse målinger gør det muligt at beregne hullets masse – og her har Hubble målt masser på op til flere milliarder solmasser. Vor egen Mælkevej er i den henseende meget beskeden med et centralt sort hul på bare 4 millioner solmasser.

Vi kan naturligvis ikke være sikre, men resultaterne fra Hubble tyder stærkt på, at alle galakser har et centralt sort hul, og at der er en sammenhæng mellem hullets masse og massen af galaksens centralområde.

De galakser, man har observeret med et stort centralområde, har altid et stort og tungt sort hul.

Det må betyde, at størrelsen af det centrale sorte hul er koblet til størrelsen af centralområdet – men hvordan ved vi ikke.

Det store spørgsmål er, hvad der kom først: galakserne eller det sorte hul?

Studier af atmosfæren på exoplaneter

Det er ikke Hubbles opgave at finde exoplaneter, kun at studere nogle få af dem i detaljer, efter at de er opdaget på anden vis. Her har Hubbles store bidrag været at optage spektre af atmosfæren på nogle udvalgte exoplaneter.

Når en exoplanet glider ind foran sin stjerne, skygger den naturligvis for noget af stjernelyset. Men stjernens lys passerer også gennem planetens atmosfære, og det betyder, at atmosfæren ændrer stjernens spektrum en smule.

Det er meget vanskelige målinger, men Hubble har påvist tilstedeværelsen af Natrium, Brint, Ilt og vanddamp hos enkelte exoplaneter.

Det er også muligt at observere det samlede spektrum af exoplaneten og stjernen, når de ikke skygger for hinanden. Når exoplaneten så glider om bag stjernen, er kun stjernelyset tilbage. Når man trækker dette spektrum fra det samlede spektrum, får man planetens spektrum.

Disse målinger kan dog bedst foretages i infrarødt lys, så mange af målingerne er udført af et andet stort rumteleskop kaldet Spitzer. Moderne astronomi kræver i det hele taget et udstrakt samarbejde mellem mange forskellige typer instrumenter.

Disse seks områder er blandt Hubbles vigtigste bidrag til astronomien. Der kommer dog hele tiden nye målinger og billeder, så hvis dette skulle skrives igen om bare fem år, ville listen nok se anderledes ud.

En række forskere fortæller i denne video fra Nature om deres yndlings-Hubble-øjeblikke:

Video: Nature