Kuinka suuri avaruus on?

Universum har exploderat på 100 år

Den moderna kosmologin som utvecklats det senaste århundradet har radikalt förändrat hur vi ser på universum – från en uppfattning om att det kunde mätas i några hundra tusen ljusår till i dag, där astronomerna använder en måttstock som är en miljon gånger längre. Och det gäller bara den del av universum som vi kan se. Det osynliga universum är flera hundra gånger större – kanske till och med oändligt.

Shutterstock/Zakharchuk

Låt oss ta en liten runda i universum!

Så löd inbjudan till den publik som hade kommit till Smithsonian National Museum of Natural History i Washington, D.C. i USA den 26 april 1920.

Två astronomer skulle hålla föredrag och utifrån programmet kunde ingen ana att det skulle utveckla sig till en hård konfrontation.

Astronomerna var Harlow Shapley och Heber Curtis och universums storlek var det övergripande ämnet för diskussionen.

Det var dock bokstavligt talat en himmelsvid skillnad på deras teorier. Shapley menade att Vintergatan utgjorde hela universum och att de ”spiralmoln” som kunde ses på himlen bara var nya solsystem under utveckling.

För Shapley var det därför klart att universum var cirka 300 000 ljusår i diameter.

Curtis ansåg däremot att spiralmolnen var egna galaxer som låg mycket längre bort än stjärnorna i Vintergatan och menade att universum därför också sträckte sig mycket längre ut än vår egen galax, som han räknade med var betydligt mindre – bara 30 000 ljusår i diameter.

  • Heber Curtis, astronomi

    "Det är en svindlande tanke att vårt eget universum av stjärnor kanske bara är ett av hundratusentals."

    Astronomen heber curtis (1872–1942), när det i början av 1900-talet var oklart om Vintergatan utgjorde hela universum.

Duellen på naturhistoriska muséet kallas i dag ”Den Stora Debatten” och skulle komma att bli legendarisk eftersom den visar hur lätt forskare kan gissa fel när de vågar närma sig gränsen för vad vetenskapen kan mäta och observera.

Shapley var den som kom närmast med sin bedömning av Vintergatans storlek – den anses i dag vara mellan 100 000 och 150 000 ljusår i diameter – men han tog fel när det gällde de främmande galaxerna.

För Curtis var det tvärtom. Han underskattade Vintergatans storlek men hade rätt i att spiralmoln som exempelvis Andromeda faktiskt är självständiga galaxer.

Teorin att Vintergatan bara är en galax bland många galaxer var både kontroversiell och dristig, och Curtis själv var den första som erkände det.

”Det är en svindlande tanke att vårt eget universum av stjärnor kanske bara är ett av hundratusentals motsvarande universum”, sa han.

I dag kan det verka besynnerligt att det för bara 100 år sedan pågick en diskussion om Vintergatan var hela universum, vilket visar den enorma utveckling som kosmologin har genomgått sedan dess.

De två astronomerna ska dock ursäktas med att de stod inför en utmaning som även dagens kosmologer kämpar med – att det är enormt svårt att mäta avstånd i universum.

Nya teleskop gör att vi kan se längre ut i rymden

Edwin Hubbles observationer på 1920-talet med det banbrytande Hooker-teleskopet bevisade att universum fortsätter miljontals ljusår utanför Vintergatan.

Teleskopet uppkallat efter honom gör att vi nu kan se många miljarder ljusår ut i rymden.

Lähigalaksi, Andromeda

För 100 år sedan: Det finns en galax

Spiralmoln som Andromeda betraktades för hundra år sedan som fenomen i Vintergatan.

Edwin Hubble mätte avståndet till dem och fastställde att de låg betydligt längre bort och var självständiga galaxer. Vintergatan var alltså bara en galax av många.

Kaukainen galaksi

I dag: Det finns 100 miljarder galaxer

Rymdteleskopet Hubble har visat att det finns minst 100 miljarder galaxer i universum – kanske till och med dubbelt så många.

De mest avlägsna galaxerna ses på bilden som små, röda prickar. Det ljus vi får från dem sändes ut för cirka 13 miljarder år sedan.

Vi har alltid underskattat universum

Universum har växt under hela astronomins historia. Något som underskattats kraftigt är exempelvis upp-skattningen av avstånden till avlägsna objekt.

Den romersk-egyptiske matematikern och astronomen Ptolemaios (cirka 100–170) hade förvånansvärt bra koll på nära dimensioner, som månens avstånd i förhållande till jordens storlek.

Han beräknade att avståndet till månen var 29,5 gånger jordens diameter – ytterst nära dagens mätningar på 30,2 gånger jordens diameter.

Det var desto svårare med solen. Här kom han fram till ett värde som motsvarar en tjugondel av det rätta. Och när det kom till stjärnorna på himlen gick det helt åt pipan. Här menade han att de var cirka 10 000 jorddiameter bort.

Rätt svar för Alfa Centauri, den närmaste stjärnan, är 6 455 555 555 jorddiameter.

Det blir inte bättre av att Ptolemaios underskattade jordens diameter så att hela hans universum ut till stjärnhimlen kunde få plats i ett område som motsvarar jordens omloppsbana runt solen.

Mer exakta mätningar av himlakroppar gjordes först av astronomer som Tycho Brahe och Johannes Kepler på 1500- och 1600-talet, men de var fortfarande begränsade av att de inte kunde mäta långa avstånd.

Den enda måttstock de hade till sitt förfogande var så kallad parallaxberäkning. Metoden går ut på att rita en siktlinje mot en stjärna med ett halvårs mellanrum.

Därefter kan avståndet till stjärnan beräknas utifrån vinkeln mellan siktlinjerna och diametern på jordens omloppsbana runt solen.

Metoden kräver dock mer exakta instrument än de instrument som Brahe och Kepler hade tillgång till, vilket gjorde att de inte kunde beräkna avståndet ens till de närmaste stjärnorna.

Därför är det förståeligt att den tidens astronomer inte kunde föreställa sig något mer avlägset än stjärnorna på natthimlen.

Det kunde inte heller Newton göra när han 1687 publicerade sitt stora verk Philosophiæ Naturalis Principia Mathematica.

Ändå förändrade han synen på universum – inspirerad av sitt fallande äpple – genom att utnämna gravitationen till universums styrande kraft.

Han hävdade därmed att samma regler gäller för alla himlakroppars rörelser och att de alla finns i en likartad rymd. Därmed lade han grunden för det som i modern kosmologi kallas ”den kosmologiska principen”.

Astronomer avskaffar universums centrum

Föreställ dig att du står på ytan av en enorm uppblåst ballong. Du kan se i alla riktningar längs ytan och oavsett var du tittar så ser den likadan ut.

Det är grunden i den kosmologiska principen som visar att det inte är något särskilt med vår egen placering i universum.

Principen innehåller två antaganden. Det första är att universum som helhet är homogent, det vill säga att det är likartat och har samma egenskaper oavsett var vi än befinner oss i det.

Det andra är att det är isotropt, det vill säga att det ser likadant ut i alla riktningar.

Den kosmologiska principen medför att universum inte har något bestämt centrum – eller att vi tvärtom kan säga att alla platser är centrum – på samma sätt som med ytan på en ballong.

Universum blir uppblåst som en ballong

Kosmologerna tror att universum i stort är homogent och att det ser likadant ut i alla riktningar oavsett var vi befinner oss.

Teorin kallas ”den kosmologiska principen” och det medför att det inte finns något centrum. Universum är som ytan på en ballong.

Utvidgningen av universum betyder att det generellt blir längre och längre mellan galaxerna.

Oavsett vilken galax vi befinner oss i kommer vi att se hur alla de andra rör sig bort från oss och från varandra – som om de var målade på ytan av en ballong som blåses upp.

Observationer och mätningar av kosmisk bakgrundsstrålning tyder på att vårt synliga universum är platt och därmed en del av ett oändligt universum.

Det är dock inte uteslutet att det böjs av en aning och därmed kan vara en del av ett gigantiskt slutet och därmed ändligt universum.

Liksom Newton bekände sig Albert Einstein till den kosmologiska principen, men med hans generella relativitetsteori från 1915 kunde kosmologerna ändå se universum på ett nytt sätt.

Einstein förenade tiden med de tre rumsdimensionerna och skapade sin rumtid med fyra dimensioner, och med sina formler kunde han räkna på modeller för hur universum såg ut i stort.

Han stötte dock snabbt på ett problem. När han använde sina formler på hela universum kom han inte fram till det resultat han hade väntat sig.

Antingen visade formlerna att gravitationen snabbt skulle få universum att kollapsa, och det hade ju uppenbarligen inte skett, eller så visade de att universum växte och det kunde inte heller stämma.

Vid den här tiden var det helt otänkbart att universum inte var statiskt, alltså hade en konstant storlek.

1917 löste Einstein problemet genom att införa en konstant i formlerna som senare blivit känd som ”den kosmologiska konstanten” – vilket Einstein senare bittert ångrade och kallade för sitt "livs största misstag”.

Universum börjar få växtvärk

Einsteins största misstag avslöjades av ett rekordstort teleskop som invigdes samma år.

Med en två och en halv meter stor spegel gav Hooker-teleskopet på Mount Wilson Observatory i Kalifornien, USA, den hittills skarpaste bilden – och tillsammans med astronomen Edwin Hubble skulle det revolutionera vår uppfattning av universum.

Hubble tillträdde sin tjänst vid observatoriet 1919 och med tillgång till teleskopet fick han möjlighet att studera de spiralmoln som Shapley och Curtis hade ”Den Stora Debatten” om 1920.

Hubble var på jakt efter en särskild typ av stjärnor i molnen, så kallade cepheider.

Det speciella med dem är att de varierar i ljusstyrka i en viss rytm och det finns ett samband mellan en stjärnas rytm och dess ljusstyrka. Genom att iaktta stjärnans rytm kan astronomerna beräkna hur mycket ljus den avger.

Därefter är det enkelt för dem att ta reda på hur långt borta den är eftersom de vet hur mycket ljuset förlorar i intensitet över avstånd.

  • Edwin Hubble, astronomi

    "Astronomins historia är historien om vidgade horisonter."

    Astronomen edwin hubble (1889–1953) i en blygsam kommentar till sin egen revolutionerande upptäckt av att universum utvidgar sig.

Hubble hittade cepheider i flera spiralmoln, bland annat Andromeda, och kunde 1924 fastställa att det verkligen handlade om främmande galaxer som ligger mycket längre bort än de andra stjärnorna på natthimlen.

Trots det epokgörande erkännandet av att vår egen galax bara är en av otaliga andra i ett ofattbart stort universum ansåg Hubble att upptäckten bara var ett enskilt kapitel i en större berättelse.

”Astronomins historia är historien om vidgade vyer”, som han ödmjukt uttryckte det.

Han avslutade inte heller sina observationer här utan fortsatte att blicka allt längre ut. Med det stora teleskopet zoomade han in på ännu mer avlägsna galaxer och analyserade ljuset från dem.

Det ledde 1929 till ett nytt genombrott som överraskade astronomerna igen.

Hubble upptäckte att ju längre bort en galax var, desto mer rödaktigt var dess ljus. Fenomenet kallas rödförskjutning och uppstår när ljusvågorna från ett objekt sträcks ut om det rör sig bort från oss.

Rödförskjutningen av ljuset från avlägsna galaxer kunde bara innebära en sak. De rör sig bort från oss och från varandra.

Hubble var mer praktisk astronom än teoretisk kosmolog och underskattade betydelsen av sin upptäckt eftersom han inte uppfattade den som en egenskap för hela universum.

Det fanns det i gengäld andra som gjorde. Einstein insåg att universum inte är statiskt, som han trott, utan i stället utvidgar sig. Därmed fanns det plötsligt inte längre behovav den kosmologiska konstant som han tolv år tidigare hade fått införa i sina formler.

Einstein fick erkänna sitt misstag, men genombrottet kom nästan som på beställning för den belgiske prästen och astronomen Georges Lemaître. Bara två år tidigare, 1927, hade Lemaître lanserat idén om ett universum som utvidgades och därför inte alltid hade existerat.

Lemaître föreställde sig att universum hade fötts genom explosionen av en ”uratom” och att det har vuxit sedan dess.

Hubbles observationer passade perfekt med Lemaîtres bild av att galaxerna rör sig bort från varandra som om de hade varit målade på ytan av en ballong som blåses upp. Om det stämde skulle det också vara möjligt att räkna bakåt till en tidpunkt då hela universum var samlad i en punkt.

Universum har växt i omgångar

Sedan stora smällen har universum vuxit i tre epoker: En ultrakort period med explosiv tillväxt som kallas inflationen, en lång period med stabil tillväxt och en lika lång period där utvidgningen har accelererat.

  • Inflation

    Bråkdel av en sekund.

  • Stabil utvidgning

    Cirka sju miljarder år.

  • Accelererande utvidgning

    Cirka sju miljarder år.

Lemaîtres tankar blev under de följande årtiondena accepterade av flera andra astronomer och utvecklades till det som vi i dag kallar stora smällen-modellen. Men det var långtifrån alla som ställde sig bakom teorin.

Själva namnet ”stora smällen” uppfanns faktiskt av en av teorins största motståndare, den brittiske astronomen Fred Hoyle.

Han använde uttrycket hånfullt i ett radioprogram 1949 där han argumenterade för sin egen alternativa teori, den så kallade steady state.

Tillsammans med andra förespråkare av denna teorin menade Hoyle att universum visserligen utvidgar sig, men att det sker på ett sätt så att det ändå inte förändras.

Tanken är att det i takt med utvidgningen hela tiden skapas lite materia så att universums densitet förblir identisk.

Den formen av tillförsel av ny materia har aldrig observerats, men kan enligt teorins förespråkare förklaras med att det krävs ytterst lite för att bevara densiteten.

Beräkningar visar att det räcker med motsvarande en väteatom per kubikmeter under en miljard år, och att det därför inte är så konstigt att vi inte har sett det ske.

I Steady state-teorin ingår den speciella premissen att den inte bara uppfyller den kosmologiska principen utan även ”den perfekta kosmologiska principen” eftersom den löpande tillkomsten av materia säkerställer att universum inte bara är homogent i alla rumsliga riktningar utan att det också är homogent över tiden.

Enligt steady state-teorin är universum oändligt i både tid och rum, och till skillnad från stora smällen-modellen bygger den därför inte på principen att universum har haft en början.

De två teorierna utkämpade en hård strid under mitten av 1900-talet tills en slumpartad upptäckt 1964 plötsligt gav den ena en jätteknuff i ryggen.

Radiobrus avslöjar universums födelsedag

För de två radioastronomerna Arno Penzias och Robert Wilson var bruset från deras ”hörlurar” som en irriterande tinnitus.

Den 15 meter långa hornantennen i New Jersey hade blivit över efter ett utfasat satellitsystem och de två astronomernas plan var att använda den till att lyssna efter radiosignaler från rymden.

Vad de än gjorde så blev deras mätningar dock hela tiden störda av ett ihållande och enerverande bakgrundsbrus.

Penzias och Wilson riktade antennen bort från New York för att eliminera radiokällor skapade av människor, men ruset fanns kvar. De provade alla möjliga riktningar men fick hela tiden samma resultat.

En grundlig genomgång av antennens horn visade att det var fullt av duv- och fladdermusspillning.

Kanske var det orsaken till problemet.

De tog omgående bort smutsen tillsammans med ett par duvbon, och ett hagelgevär gjorde processen kort med de sista envisa duvorna. Nu var antennen ren – men bruset fanns fortfarande kvar. Penzias och Wilson förstod nu att det inte var något fel på antennen.

De kom att tänka på fysikern Robert Dickes teori om att om stora smällen-modellen stämde så skulle det finnas en mycket svag och likartad strålning från alla riktningar som härstammade från universums födelse.

De kontaktade Dicke och kom tillsammans fram till att det var just denna strålning som de hade upptäckt.

Året därpå, 1965, kunde Dicke och de båda radioastronomerna publicera sina resultat och sina tolkningar av dem.

Einstein ger universum form

Den kosmiska bakgrundsstrålningen bekräftade både stora smällen-modellen och den kosmologiska principen om att universum i stort är homogent och isotropt.

Strålningen är nästan helt likartad oavsett i vilken riktning vi mäter den och så skulle det också vara om vi befann oss på vilken annan plats som helst i universum.

Den kosmiska bakgrundsstrålningen uppstod när universum bara var 380 000 år gammalt. Vid den tidpunkten hade universum utvidgat sig och svalnat precis så mycket att elektroner och protoner kunde gå tillsammans och bilda atomer.

Det betydde att strålning i form av fotoner, som tidigare hade stoppats av de fria elektronerna, nu kunde röra sig obehindrat genom universum.

Astronomerna talar därför om att universum blev ”genomskinligt”. Bakgrundsstrålningen utgör därmed också gränsen för hur långt det är möjligt för oss att se tillbaka i tiden.

Med upptäckten av bakgrundsstrålningen fick universum plötsligt en utvecklingshistoria.

Stora smällen-modellen kan berätta när universum föddes och hur det förändrats sedan dess. Inte nog med det, bakgrundsstrålningen kan också avslöja universums form.

När Einstein lanserade sin allmänna relativitetsteori började flera astronomer använda hans formler för att beräkna vilken geometri universum som helhet kunde ha. En av dem var ryssen Aleksandr Friedmann.

Redan 1922 lade han fram modeller för hur det kunde se ut om det skulle uppfylla både Einsteins formler och den kosmologiska principen.

Som helhet ska universum böja sig på samma sätt oavsett var vi befinner oss, och det kan bara fungera på tre olika sätt. Universum kan vara slutet, som ytan på den ballong vi tidigare har föreställt oss.

Ett slutet universum har en begränsad omfattning. Om vi tänker oss att vi skickar ut två parallella ljusstrålar i ett slutet universum så kommer de till slut att mötas, på samma sätt som jordens längdgrader möts vid polerna.

Den andra möjligheten är att universum böjer sig på motsatt sätt, vilket resulterar i ett så kallat öppet universum som i princip ser ut som en sadel.

Här kommer de två ljusstrålarna aldrig att mötas utan tvärtom att röra sig allt längre från varandra. Det öppna universum är obegränsat, alltså oändligt i alla riktningar.

Den sista lösningen ligger mitt emellan de två första och kallas för det platta universum. Här kommer våra två ljusstrålar att förbli parallella. Liksom det öppna universum är det platta universum oändligt.

Astronomerna börjar få koll på universum

Den generella relativitetsteorin innebär att universum kan böjas på tre olika sätt.

De tre sätten ger det olika egenskaper och är avgörande för om det har en ändlig omfattning. Hittills tyder observationer på att universum är platt.

  • Ett slutet universum

    Ett slutet universum har en positiv krökning och en begränsad utsträckning.

    Här kommer två ljusstrålar som skickas ut parallellt någon gång att mötas och vinklarna i en triangel skulle tillsammans ha en summa över 180 grader.

  • Ett platt universum

    Ett platt universum har ingen krökning, men en oändlig utsträckning.

    Här skulle de två parallella ljusstrålarna aldrig mötas och summan av vinklarna i en triangel är 180 grader, som vi ser i geometrin i två dimensioner.

  • Ett öppet universum

    Ett öppet universum har en negativ krökning och en oändlig utsträcsekning.

    Här kommer de två ljusstrålarna över stora avstånd att röra sig från varandra och vinklarna i en triangel skulle ha en summa som är mindre än 180 grader.

Sedan upptäckten av bakgrundsstrålningen har den kartlagts flera gånger.

Satelliterna COBE, WMAP och Planck har gett oss mer och mer detaljerade mätningar av strålningen och analyser av den tyder på att universum är platt – eller åtminstone mycket nära att vara platt.

För astronomerna var universums form av tämligen avgörande betydelse eftersom den hade ett nära samband med hur universums framtid såg ut.

Exempelvis skulle den slutna formen betyda att gravitationen till slut skulle få övertaget över universums utvidgning så att det hade behövt börja dra ihop sig och sluta i en kollaps, en så kallad big crunch (stora krossen eller stora söndermalningen.

Den typen av föreställningar förändrades radikalt inför millennieskiftet då ännu en förbluffande upptäckt vände upp och ned på allt.

Återigen berodde det på att några astronomer utnyttjade en ny måttstock som räckte längre ut i universum än tidigare.

kart over den kosmiske bakgrunnsstrålingen

Karta över den kosmiska bakgrundsstrålningen. Den kosmiska bakgrundsstrålningen upptäcktes 1964 och var ett viktigt bevis för stora smällen-teorin. Det stod plötsligt klart att universum inte är statiskt och har en oändlig historia utan att det i stället har en början och en utvecklingshistoria.

© WMAP Science Team

Universums växtvärk accelererar

Astronomer älskar supernovor och särskilt en speciell typ som kallas Ia kan hålla dem vakna hela natten.

Den här typen av supernova uppstår på ett särskilt sätt som betyder att ljuset från dem kan användas för avståndsmätning.

En Ia-supernova har sitt ursprung i ett dubbelstjärnsystem där den ena av stjärnorna är en så kallad vit dvärg.

Om de två stjärnorna ligger nära varandra suger den vita dvärgen efter hand till sig materia från sin partner tills den uppnår en kritisk massa.

Därefter exploderar den som supernova och ljuset är så kraftigt att det överstrålar ljuset från alla andra stjärnor i dess galax.

Eftersom astronomerna känner till den kritiska massan har de även kunskap om supernovans absoluta ljusstyrka och kan därmed beräkna avståndet till den på samma sätt som Hubble kunde med cepheiderna.

Supernovorna är dock mycket kraftigare än cepheiderna och kan därför ses på mycket längre håll.

1998 tog amerikanske astrofysikern Saul Perlmutter och hans kollegor i Supernova Cosmology Project upp jakten på Ia-supernovor i mycket avlägsna galaxer.

De mätte ljuset från dem och beräknade sedan avståndet till dem. Samtidigt undersökte de liksom Hubble hur mycket ljuset var rödförskjutet, det vill säga hur snabbt galaxerna rör sig bort från oss.

Ljuset från mycket avlägsna galaxer har färdats mot oss en längre tid än ljuset från galaxer som ligger närmare.

Därför är ljuset också äldre och kan berätta hur snabbt universum utvidgade sig för miljarder år sedan. Men här dök en överraskning upp: De avlägsna galaxernas hastighet tycktes vara betydligt mindre än den borde vara i förhållande till det samband som Hubble hade kommit fram till.

  • Saul Perlmutter, astrofyysikko

    "Det vi upplevde var som att kasta upp ett äpple i luften och se det försvinna ut i rymden."

    Astrofysikeren saul perlmutter, sedan han hade gjort den förbluffande upptäckten att universums utvidgning accelererar.

Det kunde bara finnas en förklaring: Universums galaxer rörde sig långsammare från varandra för miljarder år sedan än de gör i dag. Med andra ord accelererar universums utvidgning.

”Det vi upplevde var som att kasta upp ett äpple i luften och se det försvinna ut i rymden”, sa Saul Perlmutter senare om den förbluffande upptäckten. Han hänvisade naturligtvis till historien om äpplet som gav Newton insikten om gravitationens natur. Här var utfallet dock i stället det förväntade.

Samtidigt som Saul Perl-mutters genombrott kom ett rivaliserande forskarteam lett av Adam Riess fram till samma resultat. Perlmutter och Riess fick 2011 Nobelpriset för sina insatser.

Den här bekräftelsen på accelererationen av universums utvidgning visar att det finns en kraft som verkar motsatt gravitationen. Om bara gravitationen funnits med i bilden skulle utvidgningen inte accelerera utan tvärtom avta allteftersom universum åldras.

I vår galax och de närmaste galaxerna ser vi inte effekten av den motriktade kraften eftersom gravitationen här är betydligt starkare. Men på en kosmologisk skala har den okända kraften en avgörande roll – och utgör upp till 70 procent av all materia och energi som finns i hela universum.

Den okända kraften fick redan 1998 namnet ”mörk energi” av den amerikanske kosmologen Michael Turner eftersom den inte växelverkar med elektromagnetisk strålning, exempelvis ljus.

Namnet är också passande eftersom forskarna minst sagt lever i ett mörker när det gäller att förstå vad den mystiska kraften egentligen består av.

Rymden fylls med mörk energi

En av de mer udda sidorna av mörk energi är att det hela tiden blir mer och mer av den.

I takt med att den mörka energin får universum att utvidga sig blir den genom-snittliga förekomsten av ämnet i universum logiskt nog allt lägre.

Förekomsten av mörk energi är konstant så i ett växande universum växer mängden motsvarande mycket. Det ger en accelererande effekt där mörk energi skapar utvidgning som ger utrymme för ny mörk energi som ger ytterligare utvidgning och så vidare.

Trots att forskarna inte känner till så mycket om den mörka energin kan de räkna på dess effekt och det visar sig att den rent matematiskt stämmer väl överens med den kosmologiska konstant som Einstein införde i sina formler 1917.

Den idé han själv såg som ett misstag var alltså ändå inte så dum.

Den kosmologiska konstanten kan ses som ett mått på det som kallas vakuumenergi. Det är den minsta energi – även kallad nollpunktsenergi – som finns i ett perfekt vakuum i rymden.

Problemet är att det är en enorm skillnad på det värde som forskarna kan räkna sig fram till och det värde som observationerna ger, vilket i dag anses vara en av vetenskapens största olösta gåtor.

Det gör dock inte att astronomerna tvivlar på stora smällen-teorin. Alla möjliga andra observationer stämmer så väl överens med teorin att den i dag är allmänt accepterad som modell för universums historia – liksom den också ger en bild av universums storlek.

Ljuset från de mest avlägsna galaxer vi kan se i universum är så rödförskjutna att astronomerna räknat ut att det är knappt 13,8 miljarder år gammalt.

Det betyder att universum är lika gammalt. Man skulle kunna tro att de här galaxerna är 13,8 miljarder ljusår från oss, men så är inte fallet. Eftersom universum har utvidgat sig medan galaxernas ljus har färdats mot oss är de i dag mycket längre bort än då ljuset skickades iväg.

De mest avlägsna galaxer vi kan se ljus från i dag är 46,1 miljarder ljusår bort. Det gäller självklart i alla riktningar och betyder att det astronomerna kallar ”det synliga universum” har en diameter på 92,2 miljarder ljusår.

Men ”det osynliga universum” då? Alltså den del av universum som är ännu längre bort och som vi inte kan se? Här blir kosmologerna mer försiktiga – men några av dem har ändå lagt fram teorier om det.

Det osynliga universum kan vara oändligt

2016 tog ett forskarteam från University of Oxford, England, sig för att beräkna storleken på det osynliga universum.

De samlade alla avståndsmätningar som de kunde hitta från alla möjliga objekt och satte in dem i en mycket komplicerad datormodell.

Därefter lät de datorn räkna på alla möjliga olika scenarier där mätningarna kunde ha en betydelse. Bland annat räknade datorn på sannolikheten för att avståndsmätningarna överensstämde med olika böjningar av universum samt vad det skulle betyda för universums överordnade geometri.

Det mest sannolika resultatet är ett universum som är nästan platt.

Ett helt platt universum skulle betyda att det är oändligt om den kosmologiska principen håller i övrigt. Den säger att universum är likartat i alla riktningar och det stämmer bara i ett platt universum som är oändligt.

Vi kan också tänka oss ett osynligt universum som är så stort att det synliga universum bara utgör en mycket liten del av det – som om vi ritade en liten cirkel på ytan av en jätteballong.

Då skulle vårt synliga universum vara böjt, om än ytterst lite.

En försiktig tolkning av datorns resultat är att det osynliga universum är minst 251 gånger så stort som det synliga universum.

Det ger en diameter på 23 343 miljarder ljusår, men forskarna betonar att det mycket väl kan vara ännu större – till och med oändligt stort.

Oavsett hur stort universum är kan vi vara säkra på en sak: Det växer sig allt större. De senaste sju miljarder åren har den mörka energin trumfat gravitationen i universum så att utvidgningen gått allt snabbare.

Den utvecklingen kommer att fortsätta. Den mörka energin kommer att dominera universum mer och mer.

Utvidgningshastigheten kommer efter hand att bli mycket större än den är i dag och universums galaxer röra sig allt snabbare från varandra.

Här är det viktigt att komma ihåg att en galax kan röra sig med mer än ljusets hastighet, vilket annars är den högsta hastighetsgränsen i universum.

Det beror på att avståndet till galaxen inte växer för att galaxen rör sig bort från oss utan för att det är själva rymden mellan den och oss som utvidgas.

De mest avlägsna platserna i det synliga universum, 46,1 miljarder ljusår bort, rör sig nu från oss med en hastighet som är tio gånger så hög som ljusets hastighet, på grund av universums utvidgning.

Det ljus som kommer från dessa områden i framtiden kommer därför aldrig att nå fram till oss.

Så här kommer det också att bli med galaxer som i dag ligger närmare oss. De kommer till slut att röra sig så snabbt från oss att vi inte längre kan se ljuset från dem och i framtiden kommer vi inte att kunna se några andra galaxer än vår egen.

Vi kan därför skatta oss lyckliga för att vi lever i en epok av universums utveckling där vi har en spännande utsikt över främmande spiralgalaxer, ellipsgalaxer, kvasarer och andra exotiska astronomiska fenomen.

Om vi levt i en senare epok skulle allt vi hade kunnat observera finnas i vår egen galax och vi skulle ha dragit slutsatsen att Vintergatan utgjorde hela universum – precis som astronomerna trodde för 100 år sedan.

Teleskoopit

Våra horisonter i universum begränsas av ljusets hastighet

Gränserna för hur långt vi kan se bestäms av ett samspel mellan ljusets hastighet och den hastighet som universum växer med.

Hubblen horisontti

Hubblehorisonten

14,5 miljarder ljusår från oss ligger den så kallade Hubblehorisonten. Den utgör gränsen mellan galaxer som rör sig bort från oss snabbare än ljuset och de som rör sig långsammare än ljuset.

Det ljus som sänds ut i dag från de senare kommer vi att kunna se i framtiden.

Näkyvä kaikkeus

Det synliga universum

Vårt synliga universum sträcker sig 46,1 miljarder ljusår ut i alla riktningar. Ljuset från de mest avlägsna objekten i detta område utsändes för 13,8 miljarder år sedan.

Vi kommer aldrig se ljuset som objekten sänder ut nu.

Det osynliga universum

Ljuset från objekt som nu är mer än 46,1 miljarder ljusår bort från oss har inte nått oss ännu.

Och det ljus som i dag kommer från detta område kommer aldrig att nå fram till oss.

Läs också:

Rymdresor

Rymdstation banar väg för resor till Mars

25 minuter
Merkuriuspassage
Merkurius

Sällsynt planetpassage kan snart ses från Sverige

4 minuter
Meteorer
Meteor

Den 22 oktober: Komet duschar jorden i stjärnfall

3 minuter

Logga in

Fel: Ogiltig e-postadress
Lösenord behövs
VisaDölj

Redan prenumerant? Prenumererar du redan på tidningen? Klicka här

Ny användare? Få åtkomst nu!