Vi bor i et univers opbygget af stof og energi – men langt det meste kan vi slet ikke se. Mørkt stof og mørk energi er totalt usynligt for os.
De milliarder af galakser, vi kan se, er opbygget af atomer, der kun udgør 4,6 procent af alt, der findes i universet.
Atomer danner grundstoffer som brint, Ilt, kulstof og jern – altså grundstoffer af den slags, som planeter og stjerner er opbygget af. Alt liv er også opbygget af atomer, som åbenbart er lidt af en sjældenhed i universet.
Tallet på 4,6 procent er baseret på beregninger, som anses for meget sikre, men der har længe været det problem, at man kun med nogenlunde sikkerhed har kunnet finde cirka 70 procent af det atomare stof, som burde være i universet.
Der er altså en stor mængde atomart stof, som gemmer sig så godt, at det er en stor udfordring for astronomerne at finde det.
\ Læs mere
En omfattende eftersøgning
Astronomerne har ledt efter det forsvundne stof mange steder, både i galakser og mellem galakserne.
\ Om artiklens forfattere
Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.
I snart 40 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.
De står bag bogen 'Det levende Univers' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.
Således blev en lille satellit opsendt i juli for at lede efter noget af det forsvundne stof langt ude i den enorme halo (en slags stjernebesat 'glorie', red.), der omgiver vores Mælkevej.
Der er langt ud til haloen, og opgaven skal løses af en lille satellit på kun 12 kilo, der meget naturligt har fået navnet Halosat.
Det er også et billigt projekt, for Halosat er bygget af bare en håndfuld forskere og studerende fra University of Iowa.
Halosat blev opsendt med et transportrumskib fra Jorden til rumstationen ISS og derfra sendt videre – simpelthen lukket ud af en sluse, så den lille satellit kunne følge sin egen bane rundt om Jorden.
Se, hvordan det så ud, her (video på NASAs hjemmeside).
Men Halosat er heller ikke alene om at lede. Her fra Jorden leder astronomer også efter det forsvundne stof langt ude i universet, fjernt fra galakser.
Og her er der kommet et gennembrud, som måske kan løse problemet – men det betyder ikke, at Halosats målinger dermed er blevet overflødige.
Et næsten usynligt univers
Astronomerne har længe været klar over, at der er store dele af universet, som vi ikke kan se. Efter de nyeste målinger er universet opbygget af tre typer af stof og energi:
Det stof, vi kender, består af atomer, men som vi kan se, udgør atomerne kun en meget lille del af universet. Hvad mørkt stof og mørk energi er, ved vi ikke.
Beviset for, at mørkt stof findes, er, at man kan måle, at bevægelsen af stjerner og galakser er påvirket af en tyngdekraft, som ikke kan stamme fra de stjerner og galakser, vi kan observere. Der må derfor eksistere en form for usynligt 'mørkt stof' som kan skabe denne tyngdekraft.
Beviset for, at mørk energi findes, er målinger, der viser, at universet udvider sig stadig hurtigere. Der må derfor være en frastødende kraft – den ukendte mørke enerigi – i universet, men det er også alt, hvad vi ved.
Naturen af den mørke energi er helt ukendt og nok astronomiens største uløste problem i dag.
I virkeligheden udgør det stof, vi teoretisk har mulighed for at observere, kun 4,6 procent af alt, hvad der findes i universet i form af stof og energi.
Det forsvundne stof
Vi ved, hvor det meste af det atomare stof befinder sig. Observationer viser, at omkring 10 procent findes i galakserne og omkring 60 procent i de enorme gasskyer, som omgiver galakserne. Tilbage er så omkring 30 procent, som vi ikke ved, hvor befinder sig.
Det er let at observere det stof, der er bundet i stjerner og galakser. Det er betydeligt vanskeligere at observere gasskyer, som befinder sig langt fra galakserne.
En vigtig metode er at studere lyset fra fjerne galakser. Hvis lyset på vej mod Jorden passerer store gasskyer, så absorberes noget af lyset, og det viser sig ved særlige spektrallinjer.
Men det er bare ikke nok. Indtil for ganske nylig havde man kun fundet 70 procent af det stof, som ifølge Big Bang-modellen burde findes i universet. Så nu leder man især efter det manglende atomare stof i galaksernes udstrakte haloer.
Den usynlige halo
Når vi ser på et billede af en galakse, viser det normalt en flad skive med spiralarme, hvor nye stjerner dannes.
Sådan ser vores Mælkevej også ud, men i virkeligheden er denne lysende skive kun en lille del af Mælkevejen. I et udstrakt, omtrent sfærisk, område omkring den synlige Mælkevej befinder haloen sig.
I haloen finder vi de kugleformede stjernehobe, der rummer Mælkevejens ældste stjerner og derudover kun ganske få lysende stjerner. Men det allermeste af haloen virker som et enormt tomrum, som er vanskeligt at observere, og som vi derfor ikke ved meget om.
Der er dog noget, vi ved.
Langt det meste af haloen består af mørkt stof. Som nævnt ved vi ikke, hvad mørkt stof er, men hver eneste stjerne i Mælkevejen kan mærke tyngdekraften fra det mørke stof.
Massen af det mørke stof i haloen er langt større end massen af de lysende stjerner, og derfor er haloen med til at holde sammen på Mælkevejen.
Men haloen indeholder også andet. Der er mange meget gamle stjerner, der kredser om Mælkevejens centrum i meget aflange baner, som med mellemrum fører dem gennem Mælkevejens skive, hvor Solen befinder sig. Den klare stjerne Arcturus er en af disse besøgende fra haloen, som netop nu er på et kort visit i skiven.
Men der vil ikke gå mange tusinde år, før vi ikke længere kan se Arcturus, fordi den igen er på vej ud i haloen.
Hvad, der har den største interesse, er, at der ude i haloen også findes gas – og det er den gas, den lille Halosat skal forsøge at observere. Man gætter nemlig på, at i hvert fald noget af det forsvundne stof gemmer sig her.
En lille satellit med en stor opgave
Vi kan ikke direkte se den meget tynde gas ude i haloen, men den afslører sig ved at udsende røntgenstråling, og det er denne stråling, som Halosat skal kortlægge. For at holde prisen nede har man anvendt måleinstrumenter, der kan købes kommercielt.
Gassen ude i haloen udsender røntgenstråling, fordi den er meget varm med en temperatur på op mod 2 millioner grader. Den består mest af brint og helium, men der er også andre grundstoffer som ilt.
Normalt har et iltatom 8 elektroner, men på grund af den meget høje temperatur har atomet mistet de fleste elektroner. Tilbage er kun de to bedst bundne elektroner, men det er nok til, at ilten kan udsende røntgenstråling.
Det kan eksempelvis ske ved, at iltionen støder sammen med en elektron – hvilket er en ret voldsom affære ved en temperatur på to millioner grader. Sammenstødet kan skubbe en af de to resterende elektroner op i en højere bane, og når den falder tilbage igen, udsendes der røntgenstråling.
Den lille Halosat har i modsætning til de store og dyre satellitter et meget bredt synsfelt, og det gør den velegnet til at kortlægge, hvor gassen befinder sig og give et skøn over, hvor meget der er. Det er et af de mange skridt, der skal tages, for at få svar på, hvor meget af det forsvundne stof, der gemmer sig i Mælkevejens halo – og dermed i de haloer, der omgiver alle galakser.
Et stort gennembrud
Men universet har mange gemmesteder, og måske har man nu fundet det vigtigste gemmested for det atomare stof – der tales endda om, at problemet med det forsvundne stof kan være løst.
Det drejer sig om det stof, der findes mellem galakserne, og som er en del af det, der kaldes universets storstruktur.
Det er velkendt, at universets galakser samler sig i hobe og galaksehobene igen samler sig i superhobe. Således er vor Mælkevej medlem af den såkaldte Lokalhob, der igen befinder sig i den langt større Virgohob.
Kunne vi betragte det udefra, ville vi opleve, at universets superhobe tilsammen udgør en storstruktur, der nærmest kan lignes ved en 'skumstruktur' eller et 'boblebad'. Uden for storstrukturen er der enorme tomrum, hvor der ikke findes galakser.
Galakserne er stort set samlet på overfladen af boblerne for nu at blive i sammenligningen med boblebadet. Vi ser storstrukturen som et netværk, hvor galakser og galaksehobe er samlet i lange tråde, kaldet filamenter.
Mellem de tætliggende galakser er der ofte filamenter af gas, som er meget vanskelige at observere. Det har røntgensatellitten Chandra nu haft held til at observere. Og herefter har et hold astronomer kunnet påvise, at disse gasfilamenter måske indeholder så meget gas, at det kan redegøre for den sidste rest af det synlige stof, som vi manglede at påvise.
Fundet løser desuden en energikrise i universet. Alle galakser har brug for gas i form af brint til at fremstille nye stjerner – det kræver masser af gas.
Selv indeholder galakser normalt ikke så meget gas, at de kan opretholde dannelse af nye stjerner i ret mange milliarder år. De er afhængige af at få gas tilført udefra.
Men måske viser den nye opdagelse, at gassen i filamenterne kan give galakserne den tilførsel af brint, som vil sikre stjernedannelsen i meget lang tid fremover.
Hvor står vi?
I den moderne astronomi har vi lært at være glade for bare lidt – for vi ved stadig ikke, hvad 95 procent af universet består af. Ganske vist er der to navne for vores uvidenhed, nemlig mørkt stof og mørk energi, men hvad de to navne dækker over, ved man ikke.
Den lille sejr, der er vundet, ser ud til at være, at vi nu formodentlig har styr på, hvor det almindelige atomare stof gemmer sig i universet.
Halosat kan være med til at fortælle, hvor meget der findes i de mørke haloer, og de nye målinger kan vise, hvor meget der gemmer sig den såkaldte intergalaktiske gas.
Dermed er vi blevet klar over, at langt det meste atomare stof – op mod 90 procent – ikke findes i galakserne, men mellem galakserne. Noget af det i form af almindelige gasskyer og resten i enorme gasfilamenter, som stammer helt tilbage fra universets begyndelse.
Det er tankevækkende, at det kun er meget lidt af den beskedne mængde atomart stof, der findes i universet, der 'står til rådighed' for kerneprocesser i stjernerne. De nye observationer har vist os, at det meste atomare stof befinder sig langt fra galakserne.
Og det er jo kun i galakserne, der dannes stjerner, og i stjernerne foregår de kerneprocesser, der opbygger tunge grundstoffer ud fra universets to oprindelige grundstoffer, brint og helium. De tunge grundstoffer, der opbygges i stjernerne, er netop forudsætningen for at skabe planeter og liv.
Man forstår virkelig det svar, som engang blev givet på spørgsmålet om, hvordan universet skaber gode forhold for liv.
Svaret lød kort og godt: 'Med besvær'.
