51±ŸÉ«

Skip to main content
DA / EN
Universet

Det boblende univers

Hvad skete der, kort efter universet blev fÞdt i Big Bang og begyndte at udvide sig? Det begyndte pludselig at boble og undergÄ en hidtil ukendt faseovergang, mener partikelfysikere fra SDU og Nordita i Stockholm.

Af Birgitte Svennevig, , 31-01-2023

Tænk på en gryde med vand, der kommer i kog: Når temperaturen nærmer sig kogepunktet, opstår der bobler i vandet, som brister og fordamper, når vandet koger. Det fortsætter, indtil der ikke er mere vand, der kan skifte fase fra flydende til damp.

Nogenlunde sådan kan det have set ud i det allertidligste univers, altså lige efter Big Bang for 13,7 mia. år siden.

”

Man skal forestille sig, at der opstod bobler forskellige steder i det tidlige univers

Martin S. Sloth, professor

Det mener partikelfysikerne Martin S. Sloth fra Centre for Cosmology and Particle Physics Phenomenology pĂ„ SDU og Florian Niedermann nu pĂ„ Nordisk institut for teoretisk fysik (NORDITA) i Stockholm og tidligere postdoc i Martin S. Sloth’s forskningsgruppe. I en ny videnskabelige  har de fundet endnu stĂŠrkere grundlag for deres ide.

Mange bobler, der ramler ind i hinanden
- Man skal forestille sig, at der opstod bobler forskellige steder i det tidlige univers. Boblerne blev stĂžrre, og de begyndte at ramle ind i hinanden. Til sidst var der en kompliceret tilstand af kolliderende bobler, som frigav energi og i sidste ende fordampede, forklarer Martin S. Sloth.

Baggrunden for deres teori om en faseovergang i et boblende univers er et, i fysikerkredse, hĂžjst interessant problem med at beregne den sĂ„kaldte Hubble konstant; et tal for, hvor hurtigt, universet udvider sig – her spiller det boblende univers nemlig en rolle, mener forskerholdet.

Hubble konstanten kan man mĂ„le meget pĂ„lideligt ved fx at analysere kosmisk baggrundsstrĂ„ling eller ved at mĂ„le, hvor hurtigt en galakse eller en eksploderende stjerne bevĂŠger sig vĂŠk fra os. Begge metoder er iflg. Sloth og Niedermann bĂ„de pĂ„lidelige og videnskabeligt anerkendte. Problemet er bare, at de to metoder ikke leder frem til den samme Hubble konstant. Fysikere kalder dette problem for ”the Hubble tension”.

Er der noget galt med vores opfattelse af det tidlige univers ?
- I videnskaben er det sÄdan, at man skal kunne nÄ frem til samme resultat ved at bruge forskellige metoder, sÄ her har vi et problem. Hvorfor fÄr vi ikke samme resultat, nÄr vi nu fÞler os sÄ sikre pÄ begge metoder? siger Florian Niedermann.

MĂžd forskeren

Martin S. Sloth er professor i teoretisk kosmologi og leder af Universe Origins Group pÄ Centre for Cosmology and Particle Physics Phenomenology.

Flere mysterier i universet

Der er stadig mange, mange mysterier i universet. 95 pct. af universet består fx af materiale, som ingen ved, hvad er. Det stof, som vi kender, og som bl.a. Jorden er bygget af, udgør kun 5 pct. af universet. Resten er såkaldt mørkt stof og mørk energi.

Ny Videns nyhedsbrev

Skriv dig op til at hÞre om resultater, indsigter og lÞsninger fra forskerne pÄ SDU.

TILMELD DIG NYHEDSBREVET

”

I videnskaben er det sÄdan, at man skal kunne nÄ frem til samme resultat ved at bruge forskellige metoder, sÄ her har vi et problem.

Florian Niedermann, Post doc

Sloth og Niedermann mener at have fundet en vej til at nĂ„ frem til samme Hubble konstant, uanset hvilken metode, man bruger. Den vej starter med en faseovergang og et boblende univers – og sĂ„ledes forbindes et tidligt, boblende univers med ”the Hubble tension”.

- Hvis vi antager, at disse metoder virkelig er pĂ„lidelige og til at regne med – og det mener vi, de er – sĂ„ er det mĂ„ske ikke metoderne, den er gal med. SĂ„ mĂ„ vi se pĂ„ det grundlag, som de tager udgangspunkt i; mĂ„ske er dette grundlag forkert.

En ukendt mĂžrk energi
Grundlaget for de anerkendte metoder er den sÄkaldte standardmodel, der bl.a. antager, at der i det tidlige univers var en masse strÄling og stof, bÄde normalt og mÞrkt, og at disse var de dominerende former for energi. StrÄlingen og det normale stof var samlet i et ugennemsigtigt, varmt og tÊt plasma, som var den tilstand, universet befandt sig i efter Big Bang og ca. 380.000 Är frem.

Det er, nÄr man lÊgger standardmodellen til grund, at man nÄr frem til forskellige resultater for hvor hurtigt universet udvider sig; og dermed to forskellige resultater for Hubble konstanten.

Men mÄske der fandtes en ny form for mÞrk energi i det tidlige univers? Det mener Sloth og Niedermann.
Hvis man introducerer ideen om, at der i det tidlige univers fandtes en ny form for mĂžrk energi som pludseligt begyndte at boble og undergĂ„ en faseovergang, kommer beregningerne til at stemme. I deres model nĂ„r forskerholdet frem til et konsistent resultat for Hubble konstanten ved begge mĂ„lemetoder. Denne idĂ© kalder Martin S. Sloth og Florian Niedermann for New Early Dark Energy – NEDE.

Skift fra en fase til en anden – som vand til damp
Sloth og Niedermann mener, at den nye, mÞrke energi undergik en sÄkaldt faseovergang, da universet udvidede sig, kort fÞr det Êndrede sig fra den tÊtte, ugennemsigtige og varme plasma til det univers, som vi kender i dag, og hvor der findes lys.

- Det betyder, at den mÞrke energi i det tidlige univers undergik en faseovergang ligesom vand kan skifte fase mellem frossen, flydende og damp. I processen blev energien til bobler, som efterhÄnden kolliderede med andre bobler og ad den vej frigav energi i form af blandt andet gravitationelle bÞlger, forklarer Niedermann.

- Det kan have taget alt fra sindssygt kort tid – mĂ„ske bare den tid, som det tager to partikler at kollidere – til ca. 300.000 Ă„r. Det ved vi ikke, men det er noget af det, vi arbejder pĂ„ at finde ud af, supplerer Sloth.

Har vi brug for ny fysik?
Faseovergangs-modellen tager altsĂ„ udgangspunkt i, at universet ikke opfĂžrer sig, som vi gĂ„r og tror. Det lyder lidt videnskabeligt vildt at foreslĂ„, at noget er galt med vores fundamentale forstĂ„else af universet; at man bare lige kan foreslĂ„ eksistensen af hidtil ukendte krĂŠfter eller partikler for at fĂ„ Hubble konstant’erne til at stemme.

- Men hvis vi stoler pÄ observationerne, mÄ vi acceptere, at vores nuvÊrende model for universet ikke kan forklare data, og at vi mÄ gÞre modellen bedre. Ikke ved at forkaste modellen og dens hidtidige succes, men ved at uddybe den og gÞre den mere detaljeret, sÄ den kan forklare de nye og bedre data, siger Martin S. Sloth, og tilfÞjer:

- Det ser altsÄ ud til, at en faseovergang i den mÞrke energi er det element, der mangler i den nuvÊrende standardmodel for at forklare de forskellige mÄlinger af universets udvidelseshastighed.

Hvor hurtigt udvider universet sig?

Hubble konstanten er et mål for hvor hurtigt universet udvider sig. 

I Martin S. Sloth og Florian Niedermanns model lander Hubble konstanten på 72. Cirka. Det er trods alt store afstande, der regnes på, så vi må tillade et par decimalers usikkerhed. 

Og hvad betyder 72 så? Fuldt udskrevet betyder det 72 km i sekundet pr. Megaparsec. Megaparsecs er et mål for afstanden mellem fx to galakser, og en megaparsec er 30.000.000.000.000.000.000 km. For hver megaparsec, der er mellem os og fx en galakse, fjerner den sig fra os med yderligere 72 km i sekundet.  

Når man måler på afstanden til galakser ved brug af supernovaer, får man en Hubble konstant på ca. 73 (km/s)/megaparsec. Men når man måler på de første lyspartikler, altså den kosmiske baggrundsstråling, måles Hubble konstanten til 67,4 (km/s)/megaparsec.  

Når Sloth og Niedermann ændrer grundlaget for disse beregninger ved at introducere eksistensen af en ny, tidlig, mørk energi, der gennemgår en faseovergang – som beskrevet i artiklen – får de, at begge typer af observationer stemmer overens med en Hubble konstant på ca. 72.  

 
Redaktionen afsluttet: 31.01.2023