Skip to main content
DA / EN
Universet

Det boblende univers

Hvad skete der, kort efter universet blev født i Big Bang og begyndte at udvide sig? Det begyndte pludselig at boble og undergå 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 på SDU og Florian Niedermann nu på Nordisk institut for teoretisk fysik (NORDITA) i Stockholm og tidligere postdoc i Martin S. Sloth’s forskningsgruppe. I en ny videnskabelige artikel  har de fundet endnu stærkere 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 større, 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, højst interessant problem med at beregne den såkaldte Hubble konstant; et tal for, hvor hurtigt, universet udvider sig – her spiller det boblende univers nemlig en rolle, mener forskerholdet.

Hubble konstanten kan man måle meget pålideligt ved fx at analysere kosmisk baggrundsstråling eller ved at måle, hvor hurtigt en galakse eller en eksploderende stjerne bevæger sig væk fra os. Begge metoder er iflg. Sloth og Niedermann både pålidelige 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 sådan, at man skal kunne nå frem til samme resultat ved at bruge forskellige metoder, så her har vi et problem. Hvorfor får vi ikke samme resultat, når vi nu føler os så sikre på begge metoder? siger Florian Niedermann.

Mød forskeren

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

Kontakt

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 høre om resultater, indsigter og løsninger fra forskerne på SDU.

TILMELD DIG NYHEDSBREVET

I videnskaben er det sådan, at man skal kunne nå frem til samme resultat ved at bruge forskellige metoder, så her har vi et problem.

Florian Niedermann, Post doc

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

- Hvis vi antager, at disse metoder virkelig er pålidelige og til at regne med – og det mener vi, de er – så er det måske ikke metoderne, den er gal med. Så må vi se på det grundlag, som de tager udgangspunkt i; måske er dette grundlag forkert.

En ukendt mørk energi
Grundlaget for de anerkendte metoder er den såkaldte standardmodel, der bl.a. antager, at der i det tidlige univers var en masse stråling og stof, både normalt og mørkt, og at disse var de dominerende former for energi. Strålingen og det normale stof var samlet i et ugennemsigtigt, varmt og tæt plasma, som var den tilstand, universet befandt sig i efter Big Bang og ca. 380.000 år frem.

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

Men måske der fandtes en ny form for mørk 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 mørk energi som pludseligt begyndte at boble og undergå en faseovergang, kommer beregningerne til at stemme. I deres model når forskerholdet frem til et konsistent resultat for Hubble konstanten ved begge målemetoder. Denne idé 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, mørke energi undergik en såkaldt faseovergang, da universet udvidede sig, kort før det ændrede sig fra den tætte, ugennemsigtige og varme plasma til det univers, som vi kender i dag, og hvor der findes lys.

- Det betyder, at den mørke 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 efterhånden kolliderede med andre bobler og ad den vej frigav energi i form af blandt andet gravitationelle bølger, forklarer Niedermann.

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

Har vi brug for ny fysik?
Faseovergangs-modellen tager altså udgangspunkt i, at universet ikke opfører sig, som vi går og tror. Det lyder lidt videnskabeligt vildt at foreslå, at noget er galt med vores fundamentale forståelse af universet; at man bare lige kan foreslå eksistensen af hidtil ukendte kræfter eller partikler for at få Hubble konstant’erne til at stemme.

- Men hvis vi stoler på observationerne, må vi acceptere, at vores nuværende model for universet ikke kan forklare data, og at vi må gøre modellen bedre. Ikke ved at forkaste modellen og dens hidtidige succes, men ved at uddybe den og gøre den mere detaljeret, så den kan forklare de nye og bedre data, siger Martin S. Sloth, og tilføjer:

- Det ser altså ud til, at en faseovergang i den mørke energi er det element, der mangler i den nuværende standardmodel for at forklare de forskellige målinger 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