Universum ökar takten
Nobelpriset i fysik gick 2011 till Saul Perlmutter, Brian P. Schmidt och Adam G. Riess. De tre forskarna, som representerar två separata forskargrupper, får priset för "upptäckten av universums accelererande expansion genom observationer av avlägsna supernovor".
Att universum expanderar i en allt snabbare takt är en förbluffande upptäckt som sätter myror i huvudet på forskare världen över. Universum borde helt enkelt inte bete sig på det här sättet. Staffan Carius, professor i fysik vid Linnéuniversitetet, förklarar varför upptäckten är så uppseendeväckande.
- I början av förra seklet trodde man att universum var statiskt och oföränderligt, säger Staffan Carius. Det fanns bara där helt enkelt - oändligt i både tid och rum. När Albert Einstein publicerade sin allmänna relativitetsteori 1915 insåg man snart att hans beräkningar förutsade ett universum som inte är statiskt. Det borde antingen expandera eller dra ihop sig. Om universum hade stått stilla borde det, enligt Einsteins beräkningar, förr eller senare kollapsa under sin egen gravitation.
Einstein vägrade att acceptera ett universum som kunde ändra storlek med tiden, och gjorde allt för att hans beräkningar skulle överenstämma med ett statiskt universum.
- För att förklara varför inte universum kollapsar tog Einstein till en matematisk nödlösning, säger Staffan Carius. Han införde den så kallade kosmologiska konstanten i sina beräkningar. Den kosmologiska konstanten beskrev ett tryck som fungerade som ett slags antigravitation. Den hindrade stjärnor och planeter från att kollapsa in mot sig själva. Nu var universum statiskt igen, och allt var frid och fröjd. Einstein själv var dock aldrig riktigt nöjd med lösningen, och enligt hörsägen ska han senare i livet ha kallat konstanten för sitt livs största misstag.
I slutet av tjugotalet arbetade den amerikanska astronomen Edwin Hubble med att kartlägga hur galaxer rör sig i förhållande till varandra. Man kan mäta detta genom att utnyttja ett fenomen som kallas rödskift, ett slags dopplereffekt hos ljuset. Ljudet från en ambulanssiren låter inte likadant när ambulansen är på väg mot oss som när den är på väg bort ifrån oss. På motsvarande sätt ser ljuset från en galax olika ut beroende på om den färdas mot eller ifrån oss. Hubble upptäckte att de flesta galaxer verkade röra sig bort från oss med hög hastighet. Detta kunde bara betyda en sak - universum expanderar.
- Den här insikten vände upp och ned på föreställningen om universum vid den här tiden, säger Staffan Carius. Om universum expanderar måste det ha varit mindre igår än det är idag, insåg man. Om man följde expansionen tillräckligt långt tillbaka måste det ha funnits en tidpunkt då all materia befann sig på ett och samma ställe. Allting - tid, rum och materia - måste ha börjat som en oerhört kompakt punkt som av någon anledning började expandera och bli till det vi idag kallar universum. Big Bang-teorin var född.
Innan man kände till att universum expanderar fanns det ingen större anledning att spekulera över dess förflutna eller dess framtid. Det var ju statiskt och skulle finnas för evigt. När Big Bang-teorin så småningom blev allmänt accepterad förstod man att universum måste ha haft en början och att det förmodligen också skulle få ett slut.
- Man ställdes nu inför ett par viktiga frågor, säger Staffan Carius. Hur länge har expansionen pågått? Kommer universum utvidgas i all evighet, eller kommer expansionen vända så att universum till slut kollapsar i ett slags omvänd Big Bang? För att få svar på de här frågorna måste man veta hur mycket massa det finns i universum, och hur expansionstakten har förändrats under universums livstid.
Man var övertygad om att universums expansion avtog. Frågan var bara hur mycket, och om det fanns tillräckligt mycket massa för att expansionen en dag skulle vända. Man visste att det fanns mycket mer massa än den vi kan se; så kallad mörk materia. Därför kom det som en total överraskning när två oberoende forskarlag i slutet av 1990-talet kom fram till att universum inte alls saktade in. Det accelererade!
- För att mäta förändringar i expansionstakten i universum använde man sig av supernovor, berättar Staffan Carius. Man vet att en speciell typ av supernovor alltid har samma ljusstyrka när de exploderar. Genom att mäta deras skenbara ljusstyrka sett från jorden kan man uppskatta avståndet till dem och hur länge ljuset färdats genom universum. Samtidigt har ljusets rödskift påverkats av universums expansion under den tiden. På så sätt kan man avgöra i vilken takt universum har expanderat.
Det var oerhört överraskande att universums expansionstakt ökade, och den stora frågan blev; vad är det som får universum att accelerera?
- Det verkade som det fanns något slags vakumtryck i rymden som fick den att expandera, säger Staffan Carius. Satellitprojektet WMAP kunde år 2003 bekräfta existensen av denna vakumenergi, nu kallad mörk energi. Inte nog med att det finns mörk materia i universum som vi inte kan se och inte vet exakt vad det är. Nu verkade det också finnas ett slags mystisk mörk energi som får universum att expandera allt snabbare. Fortfarande, efter mer än ett decennium, vet vi inte alls vad den här mörka energin är. Det verkar som om vi får damma av Einsteins gamla kosmologiska konstant. Den var kanske inget misstag trots allt...
Nisse Nilsson