Denne pdf-fil er downloadet fra Illustreret Videnskabs website ( og må ikke videregives til tredjepart.

Transkript

1 Kære bruger Denne pdf-fil er downloadet fra Illustreret Videnskabs website ( og må ikke videregives til tredjepart. Af hensyn til copyright indeholder den ingen fotos. Mvh Redaktionen

2 Nye målinger: Universet er 15,8 milliarder år gammelt Den nye datering af universet er baseret på målinger af lyset fra en dobbeltstjerne i galaksen M33. Når de to stjerner ligger på linje set fra Jorden, bliver deres samlede lys svagere, og ved at måle disse udsving kan astronomerne fastlægge afstanden til dem. Det har givet det resultat, at M33 ligger meget længere væk, end vi troede, og at universet derfor også er meget ældre. Dobbeltstjernens stilling set fra Jorden Styrke af observeret lys Afstanden til galaksen M33 (tv.) er ifølge de nye målinger 3,1 million lysår mod de tidligere målte 2,6 millioner lysår. Målingerne er baseret på svingninger i lysstyrken fra en dobbeltstjerne (th.), som astronomerne har fundet i galaksen. SPL/FOCI & CLAUS LUNAU Tid Observationerne, som har givet universet en væsentligt højere alder, er foretaget med Keck-teleskoperne på Hawaii. DAVID NUNUK/SPL/FOCI

3 Ny tvivl om universets alder Netop som vi troede, at universets alder var endeligt fastlagt til 13,7 milliarder år, er der nu foretaget målinger, som lægger over to milliarder år til. De to resultater er opnået med hver sin metode, men spørgsmålet er, om vi overhovedet kan stole på nogen af dem. V i bor i et meget ungt univers. Umodent, kunne man næsten sige. Meget af den gas, som blev skabt ved fødslen, er mange steder først nu ved at samle sig til stjerner. Vores egen sol, og for øvrigt også Jorden, er i den forbindelse blandt de førstefødte, da de faktisk har eksisteret i en tredjedel af al den tid, der overhovedet har været et univers. Sådan cirka. For astronomerne er igen kommet i tvivl om, hvor gammelt universet egentlig er. Årsagen er nogle nye målinger, som viser, at universet er 15,8 milliarder år gammelt. Det er over to milliarder år ældre end de 13,7 milliarder år, der ellers længe har været den normalt accepterede alder. H s hemmelighed Både de nye og de gamle målinger af universets alder er baseret på universets udvidelse. Allerede for snart 80 år siden opdagede astronomen Edwin Hubble, at der er en simpel sammenhæng mellem den hastighed, hvormed en galakse bevæger sig bort fra os, og galaksens afstand: Fjerne galakser bevæger sig hurtigere bort fra os end nære galakser. Den præcise sammenhæng er SPL/FOCI givet ved den såkaldte Hubblekonstant H, der er et mål for, hvor hurtigt universet udvider sig. En stor værdi for H betyder, at universet udvider sig hurtigt, og at der derfor ikke er gået så lang tid siden. En lille værdi for H betyder omvendt, at universet udvider sig langsomt og har været længe om at nå sin nuværende størrelse. Jo mindre H, desto højere alder. Derfor drejer det hele sig om at beregne H præcist. For at gøre det skal man bruge to målinger, nemlig afstanden til en galakse og den hastighed, den bevæger sig bort fra os med. Hastigheden er ret nem, da den kun kræver, at man måler den såkaldte rødforskydning. Når en galakse bevæger sig bort fra os, forøges bølgelængden af det lys, som når ned til os på Jorden. Lysbølgerne Astronomen Edwin Hubble fandt for 80 år siden frem til den sammenhæng mellem en galakses afstand og hastighed væk fra os, som ligger til grund for dateringen af universet. bliver så at sige strakt ud, således at lyset skifter farve det rødforskydes. Ved at måle graden af rødforskydningen kan man beregne, hvor meget fart galaksen har på. Afstanden driller Problemet har hele tiden været at finde afstanden. Det sker ved, at man finder en klar stjerne i den fjerne galakse og måler dens lysstyrke. Hvis vi på forhånd ved, hvor lysstærk stjernen er i forhold til Solen, er det let at beregne afstanden ud fra den observerede lysstyrke. Princippet er det simple, at hvis en bestemt stjernetype, der vides at lyse måske gange stærkere end Solen, kun lige akkurat kan ses i et stort teleskop, så må stjernen og dermed galaksen jo være langt borte. Det er dette princip, astronomerne bag de nye målinger har anvendt men på en måde, som skulle være bedre end den, der normalt anvendes. I galaksen M33, som hører til vores lokale hob af galakser, findes en usædvanlig lysstærk dobbeltstjerne. De to stjerner kredser om hinanden på en sådan måde, at de formørker hinanden hver femte dag. Ved hjælp af verdens Af Helle og Henrik Stub 75

4 Gamle målinger: Universet er 13,7 milliarder år gammelt Den hidtidige datering af universet er sket ved studier af de såkaldte cepheider, som er pulserende stjerner, der ændrer lysstyrke i en fast rytme. Der er en særlig sammenhæng mellem en cepheides lysstyrke og den periode, stjernen pulserer med. Derfor kan astronomerne beregne afstanden til stjernen ud fra styrken af det lys, vi modtager på Jorden. Stjerne i dens lysstærke fase Stjerne i dens lyssvage fase Den fjerneste galakse, som vi har bestemt afstanden til ved hjælp af pulserende stjerner, er NGC 4603, som ligger 108 millioner lysår fra os. SPL/FOCI & CLAUS LUNAU Styrke af observeret lys Tid største teleskoper, de 10 meter store Keck-teleskoper på Hawaii, lykkedes det et hold astronomer under ledelse af Alceste Bonanos at måle de to stjerners bane om hinanden så godt, at det blev muligt at beregne deres masser. Det viste sig, at begge stjerner er meget tunge, med masser på omkring 30 gange Solens masse. Målingerne viste også, at de er omkring 10 gange større end Solen. Ved hjælp af spektre kunne man desuden beregne de to stjerners temperatur, og dermed var der data nok til ret præcist at beregne deres lysstyrke i forhold til Solen. Herefter var afstandsbestemmelsen simpel, og resultatet blev det uventede, at galaksen rykkede fra 2,6 millioner lysår ud til en afstand på 3,1 millioner lysår. Sammenholdt med galaksens hastighed gav det en værdi for H, som var lavere end den normalt accepterede, og med ét slag var universet blevet to milliarder år ældre. Tager stjernernes puls Hidtil har astronomerne anvendt nogle variable stjerner ved navn cepheider til afstandsbestemmelse. Cepheider er en særlig type variable stjerner, der ændrer lysstyrke periodisk, fordi de skiftevis udvider sig og trækker sig sammen. Man siger, at de Røntgenteleskopet Chandra har for nylig målt afstanden til nogle galaksehobe, som er indhyllet i gas. Disse målinger støtter den gamle datering af universet dvs. en alder på 13,7 mia. år. pulserer. Desuden er der en nøje sammenhæng mellem stjernernes pulsationsperiode og deres lysstyrke, således at de klareste stjerner har de længste perioder. Perioden i lysstyrkevariationen for en cepheide kan variere fra en dag op til f lere uger. Da cepheiderne i gennemsnit er f lere tusind gange så lysstærke som Solen, kan de ses over meget store afstande, og netop det gør dem velegnede, når man skal bestemme afstanden til fjerne galakser. Ulempen er, at det er svært at få nogle helt præcise værdier for disse stjerners lysstyrke i forhold til Solen. Det er måske derfor, de to metoder giver forskellige resultater for afstanden til M33. I hvert fald er astronomerne nu gået på jagt efter anvendelige dobbeltstjerner i andre galakser. For kun i dobbeltstjerner er det muligt at beregne stjernernes præcise lysstyrke i forhold til Solen og dermed få nogle meget præcise galakseafstande. Problemet er bare, at det er meget svært at finde dobbeltstjerner med den nødvendige kraftige lysstyrke til, at de kan ses over en afstand på flere millioner lysår. Støtte til gamle målinger Det store røntgenteleskop Chandra har også blandet sig i diskussionen med nogle nye og ret præcise målinger af afstanden til en række fjerne galaksehobe. Metoden er simpel. Den bygger på, at galaksehobe er indhyllet i enorme skyer af meget varm gas. Denne gas påvirker baggrundsstrålingen fra universet, så ved at måle forstyrrelsen i baggrundsstrålingen kan man direkte måle, hvor store hobene er. Herefter er det let at beregne afstanden til dem, og ud fra hobenes rødforskydning kan H findes. Disse målinger passer bedre med den normale værdi for H. Chandras målinger anses for at være lige så gode som dobbeltstjernemålingerne, så det er lidt svært at begrunde forskellen i resultaterne. Den NASA/HARVARD & SPL/FOCI

5 v eneste lære, man kan drage, er, at det er nødvendigt at have mange f lere målinger foretaget med mange forskellige metoder, før den endelige værdi for H kan fastlægges. Mørk energi ændrer alt Selv om vi har H og dermed et mål for, hvor hurtigt universet udvider sig, har vi dog ikke automatisk en præcis værdi for universets alder. For det er jo ikke sikkert, at universet altid har udvidet sig med samme hastighed. Faktisk er det ret sikkert, at det ikke har været sådan. Vejen fra H til alderen er derfor baseret på en teoretisk fortolkning. I mange år var det god latin, at universet udvider sig stadig langsommere, fordi tyngdekraften bremser udvidelsen. Men for omkring 10 år siden vendte billedet pludselig. Det skete, da astronomerne introducerede den mørke energi, der tilsyneladende får universet til at udvide sig hurtigere og hurtigere. Begrebet blev indført, fordi man i 1998 observerede nogle supernovaer i fjerne galakser, der ikke opførte sig helt som forventet. Deres lys var betydeligt svagere, end det burde være ifølge astronomernes model for universets udvidelse. Konklusionen blev, at lyset måtte have været længere tid undervejs, end modellen foreskrev. Universet måtte derfor have brugt længere tid til udvidelsen, således at den gik langsommere i begyndelsen. At vores univers således accelererer, tilskriver vi den frastødende kraft, der har fået betegnelsen mørk energi. Og den er faktisk ganske dominerende i universet. Hvis man vha. Einsteins berømte sammenhæng mellem masse og energi omregner den mørke energi til en massetæthed, får man det overraskende resultat, at den tegner sig for intet mindre end 73 procent af universets samlede masse. Derfor har vi i dag en ny standardmodel, der med en ændret formel gør det muligt at beregne universets alder ud fra H. Men hvis denne model er forkert ligesom dens forgænger, så bliver vores udregninger det naturligvis også. Det er nok her, vi vil se udviklingen i de kommende år. Astronomerne er godt på vej til at bestemme H ret nøjagtigt men de modeller, de derefter bruger til at beregne universets alder, kan endnu udvikle sig meget. Og lige så længe vil universet kunne holde sin alder hemmelig. Find mere om emnet på CLAUS LUNAU Alderen afhænger af universets vokseværk Når astronomerne skal finde universets alder, har de først og fremmest brug for to oplysninger. De skal kende afstanden til et fjernt objekt, fx en galakse, og de skal vide, hvor hurtigt dette objekt bevæger sig væk fra os. Med disse oplysninger knyttet til mange forskellige objekter kan de regne tilbage til den situation, hvor alle objekterne var samlet ét sted, altså til universets fødsel. Det sker ved hjælp af Hubbles lov, som lyder V = H r V er galaksens hastighed bort fra os målt i km pr. sekund, og r afstanden til den målt i millioner lysår. H er Hubble-konstanten, som tager højde for, at fjerne objekter bevæger sig hurtigere væk fra os end nære objekter, og den er dermed også udtryk for, hvor hurtigt universet udvider sig. Hubble-konstanten findes som H = V : r For at finde universets alder må astronomerne dog vide mere. Én ting er, at de med fastlæggelsen af H kender universets udvidelseshastighed lige nu, men har den været den samme gennem hele universets historie? Dette spørgsmål åbner tre scenarier: Hvis universet udvider sig jævnt... og altid er vokset med den samme hastighed, kan universets alder T findes som T = 1 : H Det er den såkaldte Hubble-alder. Med den hidtil vedtagne Hubble-konstant får vi et resultat, som gør universet 13,8 milliarder år gammelt. Hvis universets udvidelse aftager... fordi tyngdekraften gradvist bremser den ned, kan man under visse forudsætninger bruge formlen T = 2 : (3 H) Bruges denne formel, fås en alder på 2 / 3 af Hubblealderen, og med den samme Hubble-konstant vil universet så være 9,2 milliarder år gammelt. Hvis universets udvidelse accelererer... fordi mørk energi modvirker tyngdekraften, kan man stadig finde alderen ved hjælp af H, men det kræver mere komplicerede ligninger. Det er disse beregninger, der både har ført frem til det hidtil vedtagne resultat, at universet er 13,7 milliarder år gammelt, og som med de nye målinger gør universet 15,8 milliarder år gammelt.