Til projektoversigt

Lyset fra universets fødsel skinner stadig, du kan se det som støj på et gammelt fjernsyn

Grafik: Jesse Jacob.

Af alle verdens store spørgsmål må det største lyde sådan her: Hvor kommer universet fra? Svaret skal blandt andet findes i en gammel antenne med duelort på, og hos en dansk fyr, som med jævne mellemrum får en sms fra rummet.

Af Mikkel Vuorela og Johanne Pontoppidan Tuxen fra Dagbladet Information

Læs også artiklen hos Dagbladet Information

Tryk play eller søg på ’Naturvidenskaben forfra’ i din podcast-app for at få artiklen oplæst.

Det sker ret tit, at Johan Fynbo får en sms fra universet. Den fortæller altid det samme: at en gigantisk stjerne er eksploderet.

Johan Fynbo er professor i astrofysik på Københavns Universitet, og han studerer universet, som det tog sig ud for omkring 12 milliarder år siden, da det stadig var temmelig ungt. Noget af det vilde ved universet er, at vi kan se tilbage i tiden.

Lys bevæger sig med knap 300.000 kilometer i sekundet, men da afstandene er så gigantiske i rummet, har det lys, som rammer Jorden, ofte været meget længe undervejs. Hvis solen slukkede nu, ville der gå otte minutter, før vi opdagede det, og solen er trods alt lige i nabolaget.

Vores nærmeste nabostjerne, Proxima Centauri, ser vi, som den tog sig ud for over fire år siden, så i stedet for at sige, at den ligger 40.000.000.000.000 kilometer væk, siger vi i stedet 4,2 lysår. Det virker også den anden vej, så hvis nogen nu stod på Nordstjernen med en kæmpe kikkert og gloede på Jorden cirka 430 lysår væk, kunne vedkommende måske lige nå at fange Christian den Fjerdes kroningsceremoni.

Johan Fynbo arbejder i en lidt anden skala og studerer gløden fra gigantiske stjerneeksplosioner, der foregik så langt væk, at det har taget lyset 12-13 milliarder år at nå hertil.

"Det er svært at begribe," siger han siddende på sit kontor i en corona-tom universitetsbygning.

Det lys, han studerer, kommer fra såkaldte gammaglimt, som er nogle af de eneste energiudladninger, der er kraftige nok til stadig at kunne ses efter så lang rejse gennem tid og rum.

En lille vaks satellit, der hedder Swift, opdager glimtet først og giver besked ned til Jorden. En sms tikker ind, og så er det med at handle hurtigt. Har Johan Fynbo vagten, smider han alt og tjekker, om lyset er til at indfange, og hvis det er tilfældet, tager han øjeblikkeligt kontakt til det meget store teleskop i Chile, der hedder Very Large Telescope og beder dem smide alt, hvad de har i hænderne, og pege teleskopet derop, hvor signalet kommer fra. Jo hurtigere det sker, des klarere og mere informativt lys kan man nå at optage, før eksplosionens efterglød slukker igen.

Hele den rutine har Johan Fynbo været gennem en del gange, men han husker særligt en septemberdag i 2008, og han smiler lidt, når han fortæller om det.

"Det skete en lørdag om morgenen lidt i otte," siger han og tilføjer: "Ja, faktisk skete det for knap 13 milliarder år siden."

Men altså, et gammaglimt nåede jorden en lørdag morgen, og Johan Fynbo kørte gennem hele rutinen og fik aktiveret teleskopet i Chile, som optog den fjerne glød.

Nu finder han et billede på computeren og viser det frem. En lang, tynd strimmel, som viser et spektrum over lysets bølgelængder – det var den, han fik fra Chile den dag.

"Der er intet signal," tænkte han, da han så det første gang. Bare støj og forstyrrelser.

Men så – allerlængst ude i spektret, helt ude i det røde felt, dukkede en sort streg frem.

Det vidste Johan Fynbo godt, hvad betød. Når lyset kun er helt ude i det røde felt, har det rejst meget, meget langt. Det ved man på grund af noget, der hedder rødforskydning, som vi kommer til om lidt.

Straks sendte han billedet videre til sine forskningskolleger i gammaglimt-verdenen. I mailen skrev han:

"Her er det. Det er så smukt, at jeg næsten falder ned af stolen."

Det viste sig, at være det fjerneste – og dermed ældste gammaglimt – man endnu havde opdaget. I 12,8 milliarder år havde det rejst og viste altså en tid, hvor alt endnu var ungt.

Da universet fik vokseværk

Universet har en nærmest universel tiltrækningskraft på mennesket – og det har det nok altid haft.

At forstå universet bliver af nogle betragtet som at læse i Guds store bog, som professor i astrofysik Anja C. Andersen formulerer det. Og skal man følge den analogi, har vi åbnet temmelig mange nye kapitler det seneste århundrede. For hundrede år siden var forståelsen, at universet var evigt og stabilt og temmelig lokalt, for man troede, at vores galakse var universet. Et stort problem var, at man ikke kunne regne ud, hvor langt væk stjernerne mon lå.

På observatoriet ved Harvard i USA var en ualmindeligt begavet kvinde ved navn Henrietta Swan Leawitt ansat som computer – altså beregner – i 1909. Hun fik til opgave at studere en bestemt type stjerner, som bliver kaldt cepheidevariabler, og som er kendetegnet ved, at de varierer i lysstyrke på en regelmæssig måde.

Leavitt regnede ud, at der måtte være en sammenhæng mellem den måde, stjernen pulserede på, og hvor stærkt stjernen i virkeligheden lyste: jo langsommere en puls, des stærkere et lys. Hvis en langsomt pulserende stjerne så svag ud her fra Jorden, måtte den befinde sig langt væk. Ved at regne på, hvor meget lys der gik tabt, kunne man bestemme afstanden, og det ændrede alt.

Sådan fandt den astronomiske superstjerne Edwin Hubble ud af, at de såkaldte spiraltåger, som man troede var en del af vores galakse, i virkeligheden lå ustyrlig langt væk og altså var fremmede galakser. Dermed voksede universet sig pludselig ubegribeligt stort.

I dag anslår man, at det synlige univers er omtrent 93 milliarder lysår i diameter, hvilket man ikke rigtig kan se for sig. Men, siger Johan Fynbo, man kan prøve at forestille sig det som et kæmpestort hav. Og i dette hav ligger 2.000 milliarder galakser – hver bestående af milliarder af stjerner – spredt ud med forbløffende regelmæssighed, sådan at universet på den store skala ser helt ens ud, uanset hvor vi jordvæsener peger vores teleskoper hen.

Tilbage i 1920’erne noterede Hubble sig noget andet vildt. Alle galakserne – på nær en enkelt – var på vej væk fra os. Det kunne han se på grund af den såkaldte rødforskydning, som gør, at lysets bølger bliver strakt ud og altså bliver mere røde, hvis de kommer fra et objekt på vej væk. Det er det samme, der sker, når ambulancens sirene ændrer lyd, når den passerer dig og kører bort – der er det bare lyden, der bliver strakt ud.

Enkelte teoretikere havde forinden forudset noget lignende, men det var stadig revolutionerende, da Hubble i 1929 observerede, at jo fjernere galakserne var, jo mere fart havde de på. Konklusionen var klar: Universet udvidede sig. Ikke nok med at universet var meget større, end man troede, det var også i gang med at vokse.

Oven i det kom den logiske følge, at hvis universet udvidede sig, som tiden skred frem, så måtte det vel også blive tættere og tættere, hvis man kunne rulle tiden tilbage. Rullede man langt nok, ville man komme til selve tidens begyndelse. Universet havde en fødselsdag.

For nogle lød det dog som lidt af en røverhistorie. En astrofysiker ved navn Fred Hoyle købte den for eksempel ikke og kaldte hånligt ideen om en begyndelse for ’big bang’. Underligt nok endte den betegnelse siden hen som navnet for den mest udbredte samling af forklaringer på universets begyndelse.

Big bang kort fortalt

I begyndelsen var der ufattelig varmt og ufattelig tæt, og alting forandrede sig ufatteligt hurtigt. Alle fire naturkræfter – du kender for eksempel tyngdekraften og elektromagnetismen – hang sammen på en måde, man ikke fatter. Efter en ti-million-billion-billion-billiontedel af det første sekund nogensinde rev tyngdekraften sig løs, mens den hastighed, som universet udvidede sig med, stak fuldstændig af.

I en meget kort periode, der kaldes inflationen, udvidede universet sig med eksponentiel hast og blev 1.000.000.000.000.000.000.000.000.000 gange større på endnu en lillebitte mikrobrøkdel af et sekund. Det er ikke noget, man kan observere eller gentage eksperimentelt, og derfor kan ideen om inflation "godt virke som noget, der er trukket op af en hat", som astrofysikeren Steen Hannestad siger det.

Hans forskningsområde ligger kronologisk set endnu før Johan Fynbos og handler om universet, før der var noget som helst, der hed stjerner og galakser. Denne allerførste tid fremstår mildest talt lidt tåget. Men, siger han, der er gode grunde til at tro, at ideen om inflation "i hvert fald er delvist rigtig".

Inflationsteorien hjælper blandt andet med at forklare, hvorfor universet i dag er så utrolig ensartet, når man kigger rundt – ligesom et hav. Det skyldes, at stof og energi – som i øvrigt er to sider af samme sag – havde nået at fordele sig jævnt i begyndelsens lillebitte prik; i den enkelte usynligt lille pixel, der med inflationen blev blæst op som en ballon og udgjorde hele det synlige univers, som så udvidede sig derfra.

Energien, som havde drevet inflationen, blev til elementarpartikler og lys, der fes rundt imellem hinanden i en ekstremt varm suppe, og herfra fortsatte universets udvidelse i et mere sindigt tempo, mens rummet blev afkølet.

Efter en milliontedel af et sekund begyndte de bittesmå partikler, vi kalder kvarker, at klumpe sig sammen i de tungere partikler som neutroner og protoner, og samtidig blev stort set alt stof udslettet. Det skyldes noget, der hedder antistof, og som groft sagt er stof, bare med minus foran. Når stof og antistof mødes, udvisker de hinanden og efterlader kun lys.

Ved lidt af et svineheld var der i den allerspædeste begyndelse blevet dannet en lillebitte smule mere stof end antistof, så der var en enkelt partikel i overskud, hver gang en milliard forsvandt – og det er ud af disse få overlevere, at alt fra galakser til dig selv blev dannet milliarder af år senere. Man kunne tro, at de her mange og komplicerede processer må have strakt sig over umindelige tider, men det er ikke tilfældet: Forskerne antager, at det tog et sekund.

I løbet af de næste par minutter smeltede de overlevende tunge partikler sammen til atomkerner – 90 procent brint, knap 10 procent helium og så en lille smule litium, og så var det tid til at puste ud. De næste mange hundrede tusinde år udvidede universet sig stille og roligt helt tåget og uigennemsigtigt, da lyset i den periode hele tiden blev stoppet af elektroner, som på grund af den høje temperatur stadig drønede frit rundt. Lige indtil en dag, hvor det blev tilstrækkelig køligt til, at der skete noget nyt.

Efter omtrent 380.000 år blev elektronerne knyttet til atomkernerne, og det betød, at universet nu blev gennemsigtigt, og lyset fra det glødende univers strømmede frit ud overalt. Det lys kan vi måle resterne af i dag, og det skyldes, at to makkere i 1960’erne havde et farligt bøvl med en antenne.

De troede, det var duelort

Uanset, hvad de gjorde, ville støjen ikke forsvinde. Fysikerne Arno Penzias og Robert Wilson havde nærmest prøvet alt, men hvad end de stillede op, kom der fortsat en uforklarlig støj ud af den mikrobølgeantenne, de havde bygget for teleselskabet AT&T for at finde nye måder at kommunikere på. Støjen var der, uanset hvor de pegede antennen hen. De fejlsøgte og rettede igen og igen, men intet virkede.

Da de endelig opdagede, at nogle duer havde bygget rede og skidt i antenneskålen, troede de, den var hjemme, så de skurede og skrubbede det hele rent og tjekkede så signalet igen. Det var der stadig.

Uforvarende havde de opdaget det, som teoretikere havde forudsagt, men som de to ikke anede: at hvis den dengang så omdiskuterede big bang-teori skulle holde vand, så måtte der være noget stråling tilbage fra dengang, lyset blev sat fri, og universet blev gennemsigtigt – og det var denne stråling, som de to gutter havde fundet.

Dengang strålingen blev udsendt, var det blandt andet i form af lys, men siden er universet blevet strakt 1.000 gange ud – og det vil sige, at lysets bølger er blevet strakt så lange, at de ikke længere er lysbølger, men mikrobølger. Faktisk kan du se strålingen selv, hvis du har adgang til et gammeldags billedrørsfjernsyn, for en lille del af den sne, der flimrer på skærmen, når apparatet står indstillet mellem kanalerne, er mikrobølgestøj fra universets fødsel.

Med opdagelsen af strålingen gik big bang-teorien fra at være noget rent spekulativt og teoretisk til noget observerbart, og det blev gennembruddet for big bang som forklaringsmodel.

Når man måler på den udsendte stråling, er den ens, uanset hvor man kigger hen. Glat som et perfekt lag smør. Kigger man rigtig godt, finder man dog bittesmå krusninger, der er så små, at de kun adskiller sig med 100.000-dele fra omgivelserne, men de har sandsynligvis en kæmpe betydning. Ved disse krusninger var universet lidt tættere og kunne derfor gennem tyngdekraften begynde at tiltrække omgivelserne og dermed samle grundlaget for galakserne.

De første strukturer blev dannet af noget, som hedder mørkt stof, som vi stadig ikke aner, hvad er. Siden samledes skyer af helium og brint, der på grund af tyngdekraften faldt sammen til stjerner med tunge kerner, hvor der under enormt tryk og varme blev dannet nye grundstoffer.

Når stjernerne eksploderede, spyede de de nye grundstoffer ud i det tomme rum, hvor det blev indfanget i nye stjerner, som dannede flere grundstoffer og spyttede dem ud og så fremdeles. Det er disse meget tidlige stjerners dødsøjeblikke, som Johan Fynbo kigger på.

At han overhovedet kan det, skyldes, at en sky af gas ni milliarder år efter big bang samlede sig til en ret almindelig stjerne i den ret almindelige galakse Mælkevejen i den ret almindelige superhob af galakser kaldet Virgo, og at en planet blev dannet af stjernens byggeaffald.

Den stjerne kalder vi Solen, og den planet kalder vi Jorden, og her står Johan Fynbo altså og glor tilbage i tiden. Konkret handler hans arbejde om at analysere, hvilke grundstoffer der var til stede i det tidlige univers – det kan man se på lyset. Men for Johan Fynbo er motivationen både dybere og bredere:

"Det handler om at forstå den store historie," siger han.

"Hvor er vi henne, og hvad er det for noget, det hele?"

Det er nogle af de spørgsmål, vi skal se lidt nærmere på i næste afsnit

Artiklen er baseret på interview med: Anja C. Andersen, professor, KU; Johan Fynbo, professor, KU; Steen Hannestad, professor, AU. Samt bøgerne ’The End of Everything (Astronomically Speaking)’ af Katie Mack, ’En kort historie om næsten alt’ af Bill Bryson, ’Astrofysik for travle mennesker’ af Neil deGrasse Tyson og ’En lille bog om universet’ af Anja C. Andersen.

Gå til oversigten for hele artikelserien