Ny teori om universet kan være løsningen på en af astronomiens største gåder

Vi opfatter normalt universet som næsten tomt med de millioner af lysår der er mellem galakserne.

Det er også sandt, men der er områder som er mere tomme end andre - man kommer næsten til at tænke på citatet fra bogen ’Kammerat Napoleon’ af George Orwell: »Alle er lige, men nogle er mere lige end andre.«

For nyligt er der blevet fremsat en teori om, at vi bor i et af disse ’mere tomme’ områder.

Hvis teorien er korrekt, kan den måske løse et af astronomiens største mysterier, nemlig hvor hurtigt universet udvider sig.

Den nye teori kan være løsningen på ’astronomiens største problem’

Det er nu snart 100 år siden, Edwin Hubble opdagede, at universet udvider sig. Siden da har der været ført en stor debat om, hvor hurtig denne udvidelse er.

I dag er situationen, at der er to forskellige og begge ret nøjagtige metoder og målinger, som giver hvert sit resultat.

Dette problem, som vi uddyber nærmere nedenfor, kaldes for ’The Hubble Tension’ og anses i dag for at være måske det største problem i astronomien.

Det har fået astronomerne til at overveje, om der er noget galt med den kosmologiske model, vi anvender, men nu er der altså kommet en ny teori, som løser problemet, ved at vise at begge målinger godt kan være korrekte, uden at vi behøver at ændre vores kosmologi.

Det kan lade sig gøre, hvis vi bor i et såkaldt tomrum, der er et område af universet, hvor der kun er få galakser.

Normalt anser vi universet for at være stort set ens alle vegne, men i dag ved vi, at galakserne ikke er jævnt fordelt. Der findes mange såkaldte tomrum, hvor antallet af galakser er usædvanligt lavt, og hvis vi bor nær midten af et sådant tomrum, kan man forklare forskellen mellem målingerne.

Det nye er, at man nu ved hjælp af observationer kan argumentere for, at vi bor i midten af et sådant tomrum med en udstrækning på mindst 2 milliarder lysår, hvor antallet af galakser er 20 procent under ’normalen’.

Teorien om blev fremlagt på et møde, som blev afholdt i juli af Royal Astronomical Society, hvor teorien blev fremlagt af blandt andre kosmologen Indranil Banik fra University of Portsmouth.

Metode 1: Er baseret på ’lokale målinger’

Før vi uddyber, hvad den nye teori nærmere går ud på, vil vi først forklare de to hidtidige metoder, så man bedre forstår, hvorfor de har fået astronomerne til at klø sig i hovedet.

De første målinger af universets udvidelse var baseret på målinger af galakser forholdsvis tæt på os, det, man i astronomien kalder for ’lokale målinger’, selv om nogle af galakserne var mange millioner lysår borte.

Det var den metode, Hubble selv brugte, da han opdagede universets udvidelse i 1929.

Metoden går i al sin enkelhed ud på at måle afstanden til en række galakser og samtidig måle, hvor hurtigt de bevæger sig bort fra os.

Hubble opdagede, at jo længere væk, en galakse var borte, jo hurtigere bevæger den sig bort. Det er en konsekvens af universets udvidelse og beskrevet i Hubbles berømte lov (se faktaboksen).

Denne lov gør det muligt at angive, hvor hurtigt universet udvider sig, med bare et enkelt tal, der kaldes ’Hubbles konstant’ og betegnes med bogstavet H.

I dag har vi teleskoper som Hubble-teleskopet ude i rummet, som gør det muligt at måle på galakser over en milliard lysår borte, hvilket stadig er meget lidt i forhold til universets størrelse. Men metoden anses for at være meget præcis, og den giver en værdi for H på 73.

Metode 2: Baseret på ’baggrundsstrålingen

Man skulle tro, at så var problemet løst. Men det er det langtfra, for astronomerne har også en helt anden metode baseret på observationer af det helt unge univers:

Vi skal helt tilbage til en tid, hvor der endnu ikke var hverken galakser eller stjerner, bare 380.000 år efter Big Bang.

Før denne tid havde universet været helt uigennemsigtigt og fyldt med et utal af atomare partikler. Faktisk var stoftætheden så stor, at lydbølger kunne udbrede sig og være med til at forme universets fremtid.

Da universet nåede en alder på 380.000 år, var stoftætheden blevet så lille på grund af udvidelsen, at universet ikke længere var uigennemsigtigt, men at stråling nu kunne spredes ud i alle retninger. – det, vi i dag kalder ’baggrundsstrålingen’.

Det er denne såkaldte baggrundsstråling, som astronomerne bruger til at forstå tiden lige efter Big Bang, for ved brug af baggrundsstrålingen sammen med kosmologiske modeller kan man beregne, hvordan universet er kommet til at se ud, som det gør i dag, 13,8 milliarder år efter Big Bang.

De enorme lydbølger skabte ganske små temperaturforskelle i baggrundsstrålingen, og det var den allerførste begyndelse til de galakser, som nu fylder vores univers. Men det var også her, grunden blev lagt til, hvordan galakserne fordeler sig i universet.

Vi kan ikke komme ind på detaljerne, men nøjes med at notere, at astronomerne på det grundlag kan beregne, hvor hurtigt universet udvider sig, og det er her, problemet dukker op.

For den værdi af H, man finder ved denne metode, anses også for både præcis og sikker, og den har den fordel, at den giver en værdi for H for hele universet, og ikke en værdi for H, som er baseret på ’lokale’ målinger.

De to metoder burde give samme resultat. Men målinger baseret på baggrundsstrålingen giver en værdi for H på 67, altså en mere langsom udvidelse end den værdi for H på 73, som man måler med den ’lokale’ metode.

Den nye teori bygger på, at universet ligner et skumbad

Den nye teori siger, at svaret måske skal søges, i den måde universet er opbygget på, for det er kun i en meget stor skala, at universet er homogent, altså ens alle steder. Ser vi nøjere efter og zoomer ind på mindre områder af universet, så vil vi opdage, at universet slet ikke er homogent, fordi galakserne slet ikke er jævnt fordelt.

Universet består af galakser, og de samler sig i hobe, der igen samler sig i superhobe. Således er vores egen Mælkevej en del af Laniakea-superhoben, der omfatter et stort antal galaksehobe med tilsammen over 100.000 galakser. Det er derfor ikke mærkeligt, at Laniakea er meget stor med en udstrækning på mere end 500 millioner lysår.

Men det ender ikke her. Galakser, galaksehobe og selv superhobe er er ikke fordelt jævnt. De fleste er fordelt i en struktur, der kaldes det kosmiske netværk – the cosmic web. Dette netværk er dannet over milliarder af år af tyngdekraften, som søger at trække galakser tættere på hinanden. Resultatet er blevet en ujævn fordeling af galaksehobe og superhobe.

Vi kan observere, at der er store ’tomrum’ uden mange galakser, mens de fleste galaksehobe og superhobe er samlet i, hvad vi ser som, lange filamenter. Men det, vi ser på himlen, er jo et billede af universet i to dimensioner. I en 3D-udgave vil det se ud, som om galakserne hviler på tomme bobler, og at universet med andre ord kan minde lidt om et skumbad.

Det kosmiske netværk er den største struktur, vi kender, i universet. På en meget stor skala anses universet for at være homogent, men på en mindre skala er universet fyldt med ’tomrum’ med en lav tæthed af galakser.

Den nye teoris store fordel

Den nye teori, som skulle løse problemet om universets udvidelse blev på konferencen som nævnt fremlagt af Indranil Banik. Han forklarer teorien således:

»En mulig løsning på problemet er, at vores galakse er tæt på centrum af et stort, lokalt tomrum. Det ville få tyngdekraften til at trække stof mod det ydre af tomrummet hvor galaksetætheden er større, hvilket ville føre til, at tomrummet bliver stadigt mere tomt.«

»Sidder vi midt inde i tomrummet, så vil denne ekstra tiltrækning få hastigheden af galakser, som bevæger sig bort fra os, til være større, end hvis tomrummet ikke var der. Dette giver derfor indtryk af en hurtigere lokal ekspansionshastighed.«

Teorien er understøttet af nye observationer af fordelingen af galakser i universet. Om det er her, vi skal finde løsningen på problemet om de to værdier for universets udvidelse, er nok endnu for tidligt at sige – men teorien har i hvert fald den store fordel, at den kan løse problemet uden at indføre ’ny fysik’.