Atacama Cosmology Telescope (ACT), som ligger i de chilenske Andesfjellene, har utforsket himmelen og samlet lys som har reist i over 13 milliarder år, fra da universet var 380 000 år gammelt. Dette har gitt oss de klareste bildene av det unge universet hittil.
– Bakgrunnsstråling er lyset som ligger bak alt annet i universet – bak stjernene og galaksene, forklarer Sigurd Kirkevold Næss, forsker ved Institutt for teoretisk astrofysikk, som er involvert i ACTs sjette og siste datautgivelse (DR6).
En kosmisk billedvev
Den kosmiske mikrobølgebakgrunnsstrålingen (CMB) er det tidligste lyssignalet vi kan observere, og fungerer som et svakt etterglød etter Big Bang. På grunn av universets ekspansjon har denne bakgrunnsstrålingen mistet så mye av sin energi at den nå tilsvarer strålingen fra et objekt ved -270°C, bare 3 grader over det absolutte nullpunkt. Denne strålingen befinner seg i mikrobølgeområdet av det elektromagnetiske spekteret.
– Dette lyset har lengre bølgelengder enn det øynene våre kan oppfatte, hvilket er grunnen til at verdensrommet virker svart for oss, forklarer Næss.
Ved å studere CMB får forskere innsikt i forholdene og strukturen i universet kort tid etter Big Bang. Imidlertid har den nødvendige følsomheten for å identifisere detaljer i denne kosmiske billedveven lenge vært en utfordring og en begrensende faktor.
– ACT måler intensiteten og polarisasjonen av lys med fem ganger oppløsningen til Planck og med større følsomhet, bekrefter Næss.
De beste målinger gjort så langt
Selv om den kosmiske bakgrunnsstrålingen (CMB) generelt er isotropisk, altså uniform i alle retninger, er den ikke helt perfekt uniform. Den viser små temperaturvariasjoner og er svakt polarisert, noe som betyr at de elektriske feltene til CMB-fotonene har en foretrukket orientering i stedet for å være tilfeldig orientert.
– Det svake polariseringssignalet er nå direkte synlig, fortsetter han.
Polariseringen av bakgrunnsstrålingen avslører de intrikate bevegelsene til hydrogen- og heliumgass i den kosmiske suppen. Ved å analysere polariseringsmønstrene kan astronomene utforske fordelingen av materie, dannelsen av strukturer og til og med oppdage tilstedeværelsen av gravitasjonsbølger fra inflasjonsepoken.
"Når du ser på kombinasjonen av skarphet, følsomhet, størrelse og fargeinformasjon, er det rimelig å si at bildene er de mest detaljerte av bakgrunnsstrålingen."
Teorien om inflasjon antyder at universet gjennomgikk en rask utvidelse i sine tidlige stadier, noe som førte til dannelsen av storskalastrukturer. Polarisasjonen av den kosmiske bakgrunnsstrålingen fungerer som et potensielt verktøy for å teste inflasjonsteorien og lete etter spor av gravitasjonsbølger som ble produsert under denne epoken.
Polarisasjonen av den kosmiske bakgrunnsstrålingen (CMB) ble først oppdaget av Degree Angular Scale Interferometer (DASI) i 2002.
– På grunn av signalets svakhet var imidlertid DASI's måling nesten ubrukelig, forklarer Næss.
– Siden den gang har bakgrunnsstrålingen blitt målt med økende presisjon av stadig mer moderne teleskoper, som BICEP-eksperimentet og Planck-satellitten. Vår måling er den beste som er gjort så langt, avslutter Næss.
Mer presise svar på langvarige spørsmål
Disse detaljerte bildene av det tidlige universet gir svar på langvarige spørsmål om dets opprinnelse.
– Ved å se tilbake til den tiden – da alt var mye enklere – kan vi sette sammen historien om hvordan universet vårt utviklet seg til det rike og komplekse stedet vi befinner oss i dag, sier Jo Dunkley, Joseph Henry-professor i fysikk og forsker ved Princeton og leder av ACT-analysen.
De nye ACT-dataene, som nå er offentlig tilgjengelige i NASAs LAMBDA-arkiv, gir viktige innsikter i langvarige spørsmål om universets struktur og utvikling:
- ACTs nye målinger har forbedret estimatene for universets alder og nåværende utvidelseshastighet. I det tidlige universet skapte innfallet av materie lydbølger som spredte seg gjennom rommet som krusninger på en dam. De nye dataene bekrefter at universet er 13,8 milliarder år gammelt, med en usikkerhet på kun 0,1%.
- Astronomer har målt at det observerbare universet strekker seg nesten 50 milliarder lysår i alle retninger og inneholder en masse tilsvarende 1 900 'zetta-soler', eller nesten 2 billioner billioner soler. Av denne massen består kun rundt 100 zetta-soler av vanlig materie – for det meste hydrogen med litt helium som vi kan se og måle. Ytterligere 500 zetta-soler består av usynlig mørk materie, hvis natur fortsatt er ukjent, mens tilsvarende 1 300 zetta-soler utgjør den dominerende vakuumenergien, også kjent som mørk energi, i det tomme rommet.
- De nye dataene bekrefter en lavere verdi for Hubble-konstanten, hastigheten som rommet utvider seg med i dag — cirka 67–68 km/s/Mpc — i tråd med målinger fra den kosmiske bakgrunnsstrålingen (CMB). Dette resultatet støtter standardmodellen for universet og utelukker mange konkurrerende teorier, noe som bidrar til å gjøre den pågående debatten om universets utvidelseshastighet mer nøyaktig.
– Vi kan se rett tilbake gjennom den kosmiske historien, sier Dunkley i en pressemelding fra University of Pennsylvania.
– Fra vår egen Melkevei, ut forbi fjerne galakser som huser enorme sorte hull og gigantiske galaksehoper, helt tilbake til universets tidlige barndom, avslutter hun.
Hva er veien videre?
ACT fullførte sine observasjoner i 2022, og teamets fokus har nå skiftet til et nytt, mer avansert teleskop: Simons-observatoriet.
Plassert nær toppen av Cerro Toco – en av verdens ledende beliggenheter for studier av den kosmiske bakgrunnsstrålingen (CMB) og innsamling av eksperimentelle kosmologidata – vil Simons-observatoriet kartlegge himmelen i millimeterbølgelengder med enestående sensitivitet. I disse kartene vil astronomer lete etter unike signaler fra den første ekspansjonen av rommet og måle hvordan kosmiske strukturer har utviklet seg over milliarder av år.
Mer om
-
Nye bilder av det eldste lyset i universet, artikkel på forskning.no
- Atacama Cosmology Telescope (engelsk, ekstern lenke)
- Simons Observatory (engelsk, ekstern lenke)
- Kosmologi og ekstragalaktisk astronomi forskningsgruppe