WMAP gir ny informasjon om Universet

Av Erik Tronstad

Forskere har nå analysert tre år med data fra Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP). Ut fra disse dataene konkluderer de med at Universet virkelig gikk gjennom en voldsom «oppblåsings-», «utesings-» eller «inflasjonsfase» i brøkdelen av et sekund etter at «Det store smellet» startet.

Fargekodet kart over temperaturvariasjoner og polarisasjon i den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen. Farger angir temperaturvariasjoner med rødt som «varmest» og blått som «kjøligst». De hvite strekene angir polarisasjonsretninger for den eldste strålingen WMAP har observert. (NASA/WMAP Science Team)

WMAP gjør detaljerte observasjoner av den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen, som er en restglød av stråling fra da Universet var noen hundre tusen år gammelt. (Se Universet er frastøtende! (eRomfart 2003-036).)

Resultatene som er omtalt i nevnte artikkel baserer seg i stor grad på observasjoner WMAP har gjort av små temperaturforskjeller mellom ulike områder på himmelen. De observasjonene ga nøyaktige data for Universets alder og opplysninger om dets geometri og sammensetning.

Nå har WMAP gitt omfattende data om polarisasjonen av den kosmiske bakgrunnsstrålingen i forskjellige retninger på himmelen, i tillegg til mer detaljerte data om temperaturforskjellene. Temperaturforskjellene er omtrent 100 ganger «sterkere» enn variasjonene i polarisasjon. Derfor har WMAP måttet observere over mye lenger tid (tre år) for å få meningsfulle resultater om polarisasjonen enn satellitten måtte for å få meningsfulle temperaturdata (om lag ett år).

Teorien om Det store smellet er ikke bare én teori, men en hel klasse teorier, der det er større eller mindre forskjeller mellom de ulike teoriene. WMAPs omfattende observasjoner av polarisjonen i den kosmiske bakgrunnsstrålingen gjør at forskerne nå virkelig kan begynne å skille mellom de mange «smellteoriene».

Ved å sammenlikne hvor mye stråling som kommer fra utstrakte strukturer mot strålingsmengden fra smalere strukturer på himmelen, kan man få informasjon om hvordan forholdene i Universet var rett etter Det store smellet. De nye dataene viser at den relative lysstyrken avtar jo mindre en struktur er. Dette stemmer godt med de enkleste versjonene av utesingsteorier. Andre teorier sier at lysstyrken skal være den samme for strukturer av alle størrelser, noe som altså ikke støttes av de nye dataene.

WMAP går i bane rundt L2, et punkt i rommet omtrent 1,5 millioner kilometer lenger fra Solen enn det Jorden er. Nede og til venstre for WMAP ses Jorden og Månen, ute til venstre Solen. (NASA/WMAP Science Team)

Graden av polarisasjon i elektromagnetisk stråling bestemmes av mediet strålingen passerer gjennom. Forskerne ser etter to typer polarisasjon i den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen. Den ene kalles E-modus og sier noe om «re-ioniseringsæraen». Kort forklart er det er tiden da nøytral gass i Universet igjen ble ionisert av stråling fra de aller første stjernene. (Dette er inngående forklart i artikkelen Universet er frastøtende! (eRomfart 2003-036).) Den andre kalles B-modus og sier noe om utesingsfasen.

WMAP har registrert polarisasjon med E-modus, men ennå ikke med B-modus. Ut fra observasjoner av temperaturforskjeller og polarisasjon med E-modus kan forskerne likevel si noe om utesingsfasen. Dataene fra WMAP viser en del fundamentale tekniske egenskaper ved utesingsfasen.

Når det gjelder re-ioniseringsæraen viser de nye WMAP-dataene at den kom omtrent 400 millioner år etter Det store smellet. Det betyr at på den tiden ble de første stjernene i Universet dannet.

All materie i Universet var elektrisk nøytral (ikke ionisert) fra om lag 380 000 år til rundt 400 millioner år etter Det store smellet. Da Universet var om lag 400 millioner år gammelt, ble de første stjernene dannet. Lyset fra dem ioniserte den elektriske nøytrale gassen i Universet slik at den igjen ble ionisert, slik den var frem til 380 000 år etter Det store smellet.

Dette er meget viktige nye data, som gir ny informasjon om hvordan Universet har utviklet seg.

Dataene fra WMAP gir også ny informasjon om egenskaper ved den såkalte mørke energien, som utgjør nesten 75 % av all energi i Universet. Dataene viser at den mørke energien oppfører seg omtrent som den såkalte kosmologiske konstanten i Albert Einsteins generelle relativitetsteori. Den mørke energien er da en egenskap ved selve romtiden, i motsetning til for eksempel et sett med ukjente partikler eller felter i romtiden og som avtar i tetthet etter hvert som romtiden utvider seg. En kubikkcentimeter av rommet inneholder da en nær konstant mengde med mørk energi, uansett hvor mye rommet utvider seg med Universets alder. Dette er i motsetning til hva tilfellet er for partikler eller stråling, der tettheten avtar når rommet utvider seg.

WMAP fortsetter sine observasjoner av den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen. Jo lengre tid observasjoner gjøres over, jo mer detaljerte data får man om Universets fortid, nåtid og fremtid.