Et kolossalt kort over universet afslører nu, at det kosmiske “tomrum” slet ikke er så tomt endda. Samtidig sår de nye data alvorlig tvivl om selve naturen af mørk energi.
Efter fem års uafbrudt arbejde har DESI-teleskopet skabt et tredimensionelt kort med titusindvis af millioner galakser. Denne gigantiske datasamling giver os et kig 11 milliarder år tilbage i tiden og lader os undersøge, om den kraft, der får universet til at udvide sig, virkelig opfører sig som forudsagt af fysikerne.
Fem års observation af mørket, der viste sig at være fuld af struktur
På toppen af Kitt Peak-observatoriet i Arizona finder man instrumentet DESI, som står for Dark Energy Spectroscopic Instrument. Det er ikke ét stort teleskop, men derimod et avanceret system af 5.000 lysledersensorer, der fungerer som tusindvis af små, computerstyrede øjne. Hver sensor fanger lys fra en unik del af himlen og splitter det op i dets farvekomponenter, lidt som et utroligt præcist prisme.
På denne måde kan forskerne måle fænomener som rødforskydning, hvilket gør det muligt at beregne en galakses afstand og hastighed. Derudover indsamles information om objekternes kemiske sammensætning og type. Fra et astrofysisk synspunkt er dette afgørende data: det viser ikke kun, hvor noget er, men også hvor hurtigt det bevæger sig væk, og hvad det består af.
DESI har indsamlet data fra over 47 millioner galakser og kvasarer samt omkring 20 millioner nærliggende stjerner. Resultatet er det største tredimensionelle kort over kosmos nogensinde.
Omfanget af dette projekt er mildest talt imponerende. Den samlede datamængde er cirka seks gange større end alt, hvad man tidligere har opnået med lignende himmelkortlægninger. Takket være dette har forskerne nu en model af rummet, der gør det muligt at spore udviklingen af kosmiske strukturer over mere end 11 milliarder år.
Sådan afslører galaksekort hemmeligheder om mørk energi
I centrum for DESI-teamets interesse står mørk energi – en gådefuld energiform, som ifølge de nuværende estimater udgør omkring 69 procent af hele universets indhold. Den udsender intet lys eller stråling og kan ikke observeres direkte. Dens eksistens kan kun udledes af den hastighed, hvormed galakser bevæger sig væk fra hinanden.
Siden slutningen af 1990’erne har vi vidst, at universets udvidelse accelererer. Den mest ligefremme forklaring er, at der virker en slags indbygget “antityngdekraft” – en energi med en konstant værdi, der udfylder hele rummet jævnt. I standardmodellerne for kosmologi antager man, at denne værdi ikke ændrer sig over tid.
DESI’s mission er at teste, om denne antagelse holder stik i mødet med virkelige data. Fordelingen af galakser i enorme skalaer danner et karakteristisk mønster, der minder om et netværk af superhobe, filamenter og tomrum. Ved at analysere den præcise form af dette netværk kan man aflæse, hvordan energien bag universets udvidelse har opført sig i forskellige kosmiske tidsaldre.
De første analyser har allerede sået tvivl
Foreløbige analyser af en del af DESI’s data skabte røre i fysikernes verden. Resultaterne antydede, at mørk energi måske ikke opfører sig som en uforanderlig konstant. I stedet kunne dens “styrke” muligvis have ændret sig en smule over tid.
For kosmologer er dette et scenarie, der vender op og ned på det ellers velordnede billede af universet. Hvis mørk energi ikke er konstant, er vi nødt til at genoverveje mange fundamentale antagelser, lige fra kvantevakuumets natur til hvordan de fjerneste kosmiske epoker vil forme sig.
Det komplette kort fra DESI’s fem års arbejde skal endeligt afgøre, om mørk energi er stabil, eller om den rent faktisk ændrer sig i takt med universets alder.
Kun med det fulde datasæt er det muligt at frasortere statistiske fejl og andre forstyrrende effekter, der kunne have påvirket de tidligere analyser. Det er derfor ikke overraskende, at teoretiske fysikere venter spændt på de endelige resultater, som var det en dom over den model, de har brugt i årtier.
Et instrument, der var for godt til sin første mission
Skaberne af DESI forventede, at instrumentet ville være effektivt, men de havde ikke forudset, hvor effektivt det ville være. Hver nat genererede det omkring 80 gigabyte data, mens det systematisk skannede cirka to tredjedele af den nordlige himmel. Takket være denne effektivitet blev de oprindelige mål nået hurtigere end planlagt.
Denne “overskydende kapacitet” åbnede døren for nye, spændende projekter. Eftersom der alligevel blev indsamlet spektroskopiske data fra enorme områder af himlen, tilføjede teamet undervejs yderligere observationsprogrammer rettet mod andre kosmiske gåder.
- Et højopløseligt kort over galaksetæthed i store kosmiske skalaer
- Præcise målinger af rødforskydning for kvasarer
- En mere nøjagtig opgørelse af stjerner i vores del af Mælkevejen
- Identifikation af usædvanlige objekter, der ikke passer ind i kendte kategorier
Denne brede datapakke gør DESI til et værktøj, der ikke kun tester mørk energi, men også andre bestanddele af kosmos, såsom mørkt stof og spor efter tidligere galaksekollisioner.
Missionen er forlænget til 2028
I stedet for at “pensionere” instrumentet er det blevet besluttet at forlænge dets arbejde til mindst 2028. Den indsamlede information er så rig, at forskere vil bruge mange år på at analysere, sammenligne og krydstjekke den med computersimuleringer.
De kommende år skal blandt andet bruges på at spore stjernestrømme, der dannes af iturevne dværggalakser, samt at lede efter subtile signaler, der kan indikere tilstedeværelsen af mørkt stof. Hvert af disse projekter kan i fremtiden føre til justeringer af vores nuværende kosmologiske modeller.
DESI udvikler sig fra blot at være en “tæller” af mørk energi til et alsidigt laboratorium for studiet af kosmiske strukturer på en hidtil uset skala.
Hvad kortet fortæller os om “tomrummet” i kosmos
Begrebet “kosmisk tomrum” leder tankerne hen på absolut ingenting. Det tredimensionelle kort fra DESI maler dog et langt mere komplekst billede. I de største skalaer ligner universet en svamp eller et netværk – med tykke “tråde” af galakser og enorme områder med lavere stoftæthed.
Disse områder er afgørende, for det er netop her, man lettest kan observere effekten af mørk energi. Hvor der mangler store klynger af stof, bliver dens virkning ikke maskeret af den stærke tyngdekraft fra galakser og hobe. Derfor er en præcis kortlægning af disse kosmiske tomrum blevet en af de mest værdifulde dele af DESI-kortet.
Sammenlignet med tidligere kortlægninger fylder det nye kort ikke kun huller ud, men afslører også finere detaljer. Forskere kan nu sammenligne den faktiske fordeling af strukturer med simuleringer, hvor de justerer parametrene for mørk energi. Forskellene mellem model og virkelighed gør det muligt at udelukke visse teorier eller – i yderste konsekvens – tvinge os til at skrive helt nye.
Hvordan disse studier kan forme vores syn på universets fremtid
Universets skæbne afhænger direkte af, hvordan mørk energi opfører sig. Hvis dens virkning forbliver stabil, vil kosmos fortsætte med at udvide sig hurtigere og hurtigere, og fjerne galakser vil til sidst forsvinde uden for vores observationsrækkevidde. I en meget fjern fremtid vil nattehimlen blive betydeligt fattigere på objekter.
Hvis det viser sig, at mørk energi svækkes, vil billedet være anderledes: udvidelsen kunne gradvist bremse op. Der findes også modeller, hvor dens styrke vokser, hvilket fører til et dramatisk scenarie, hvor alle strukturer bliver “revet fra hinanden” i en ekstremt fjern fremtid. DESI skal hjælpe os med at skelne mellem, hvilke af disse versioner der er plausible, og hvilke der bedst hører hjemme i spekulationernes verden.
Selvom det kan lyde abstrakt, da vi taler om tidsskalaer på milliarder af år, har denne forskning også praktiske konsekvenser. Den tester grænserne for de fysiske teorier, som mange af nutidens teknologier bygger på – fra satellitnavigation til tidssystemer. Når fysikere efterprøver nøjagtigheden af den generelle relativitetsteori, bekræfter de samtidig, hvor meget vi kan stole på fundamentet for moderne teknik.
Samtidig genererer missioner som DESI enorme datamængder, der kræver nye analysemetoder. Dette driver udviklingen af machine learning-algoritmer, mere effektive datalagringsløsninger og software til visualisering af komplekse strukturer. Værktøjer skabt til at udforske kosmos finder ofte et nyt liv inden for medicin, finans og klimaanalyse.
