Hur fort växer universum egentligen?

Ju längre bort från oss en galax befinner sig, desto snabbare rör den sig bort från oss. Sambandet kvantifieras med hjälp av ett tal som kallas Hubbleparametern. Dess värde har ändrats genom universums historia, så för att kunna jämföra brukar kosmologerna precisera att det värde de anger är Hubbleparameterns storlek i vår tid, H₀. Det finns två huvudsakliga sätt att få fram den här parametern men problemet är att de inte ger samma resultat.

Den ena metoden kan förstås genom att tänka sig att man tittar på en linjal genom en kikare. Eftersom man känner till linjalens längd kan man använda den för att avgöra hur stora sakerna runt omkring den är. Sådana standardlinjaler finns i mönstren av hur materia fördelas i universum. Mätningar med den här metoden ger Hubbleparametern ett värde på 68 kilometer per sekund per miljon parsek avstånd från oss (en parsek är 3,26 ljusår). Det är den här typen av mätning som görs med galaxkartan från SDSS.

Mäter styrkan på ljusskenet

Den andra metoden kan jämföras med att ställa upp tärnor från ett luciatåg med identiska ljus på olika avstånd, och avgöra hur långt bort de är genom att mäta hur starkt ljusskenet ser ut. Forskarna mäter supernovor och jämför hur ljusstark en är jämfört med nästa, och så bygger de en avståndsstege med utgångspunkt från våra närmaste galaxer som vi vet avståndet till. Mätt på detta sätt blir värdet 74 kilometer per sekund per miljon parsek.

Om värdena hade stora osäkerheter skulle den första tanken vara att resultaten överlappar och bättre mätningar skulle föra dem närmare varandra. Men i stället har det blivit tvärtom. De allt bättre framräknade värdena har glidit isär så att de inte längre stämmer överens.

– Det är förbryllande, säger kosmologen Ariel Goobar, professor vid Stockholms universitet.

Alla nya analyser verkar bara cementera de två olika värdena, och få dem att stämma sämre med varandra. Det finns flera möjliga förklaringar.

– En av de mer spännande är att det kan ha funnits ytterligare en form av mörk energi, som injicerade energi i expansionen precis efter att den kosmiska bakgrundsstrålningen uppstod, säger astrofysikern Martin Rey vid Lunds universitet.

Ariel Goobar påpekar att en annan möjlighet är att någon av mätningarna helt enkelt är fel, eller i alla fall inte lika bra gjord som man har trott.

I de vanliga kosmologiska modellerna ingår också en del antaganden som skulle kunna gömma svaret på gåtan. Den kosmologiska principen säger till exempel att universum är ungefär likadant överallt. Somliga forskare har nu börjat diskutera möjligheten att vår del av universum kanske ändå inte är representativ. Om vi befinner oss på en plats där expansionen av någon anledning är avvikande, kan det förklara varför mätningar som tar sin utgångspunkt i vår närmaste omgivning ger andra svar än de som utgår från de mest avlägsna observationerna.

Trots att det finns flera hypoteser vet alltså ingen i dag vad glappet mellan mätningarna beror på. På bara några år har den allt tydligare skillnaden mellan dem seglat upp som ett av de mest omdiskuterade problemen inom kosmologin.

Så mäts universums expansion

De två metoder som hittills använts för att mäta universums expansion kallas standardljus och standardlinjal. De ger dock olika värden. Med hjälp av nya mätsätt hoppas kosmologerna kunna lösa gåtan.

Standardljus: Vissa typer av stjärnor och supernovor har känd ljusstyrka och kan användas som ”standardljus”. Om de ser svagare ut befinner de sig längre bort. Genom att jämföra hur ljusstarka dessa objekt ser ut i två olika galaxer kan astronomer bestämma galaxernas relativa avstånd. På så sätt kan de stega vidare från närbelägna galaxer, och räkna ut hur långt det är till nästa, och så vidare längre och längre ut.

Bild: 

Johan Jarnestad

Standardlinjal: När forskare mäter hur långt det är mellan galaxer hittar de många på ett visst, typiskt avstånd från varandra. Detta avstånd fungerar som en "standardlinjal", som kan användas för att mäta hur långt bort galaxerna befinner sig. En annan typ av standardlinjal är storleken på galaxer av samma typ. Ser galaxen mindre ut är den längre bort. Hur fort galaxerna rör sig bort från oss på olika avstånd ger ett mått på hur universum utvidgas.

Bild: 

Johan Jarnestad

Gravitationslinser – en lovande metod: En kvasar är en aktiv galax som lyser oerhört starkt. Om en annan galax råkar finnas mellan jorden och kvasaren böjs ljuset från kvasaren av galaxens gravitation, som i en lins, och flera bilder av kvasaren syns i teleskop. När kvasaren skiftar i styrka syns det med en viss fördröjning mellan bilderna, eftersom ljuset tagit olika lång väg. Ur tidsfördröjningen och effekten av gravitationslinsen kan expansionen beräknas.

Bild: 

Johan Jarnestad

Gravitationsvågor – om tio år: När två neutronstjärnor kretsar nära varandra förlorar de energi genom gravitationsvågor, ända tills de kolliderar och absorberas i varandra. Till skillnad från svarta hål kan de ge ifrån sig en synlig ljusblixt samtidigt med de sista starka svängningarna i gravitationsvågen. Ljusblixten ger information som behövs för att tolka gravitationsvågens form, och i kombination kan de användas för att beräkna universums expansion.

Bild: 

Johan Jarnestad

Lösningen skulle kunna finnas i nya och oberoende metoder att mäta Hubbleparametern. Sådana metoder är under utveckling (se bildspelet ovan). Ett sätt är att använda gravitationslinser. Hittills ger dessa mätningar samma resultat som metoden att bygga en avståndsstege med standardljus. Ett annat sätt bygger på att fånga både ljus och gravitationsvågor från två kolliderande neutronstjärnor. Detta har än så länge bara lyckats en enda gång, och det kan ta tio år att få ihop tillräckligt många sådana mätningar.