Det var mye vi ikke visste om universet for 100 år siden.

Astronomien som fagfelt har skutt fart de siste hundre årene. Det er faktisk helt imponerende hva vi har funnet ut av i løpet av kun hundre år. Ved hjelp av nye og videreutviklede teorier og teknologier har astronomi blitt en presisjonsvitenskap som gjør at vi kan studere alle sider ved universet i utenkelig detalj. Her har jeg plukket ut ti av de største oppdagelsene vi har gjort de siste hundre årene.

1. Melkeveien er ikke den eneste galaksen i universet

Det finnes flere galakser enn Melkeveien i universet. Nærmere bestemt mange milliarder av dem (i det observerbare universet). Dette var ikke alltid en selvfølge. Det ble først oppdaget i 1923 da Edwin Hubble observerte avstanden til Andromedagalaksen mer nøyaktig enn tidligere. Da viste det seg at Andromedagalaksen ikke er en del av Melkeveien, men en helt egen galakse. Plutselig vokste universet i størrelse. Melkeveien var ikke lenger alt som fantes der ute.

Bare i vårt lille hjørne av universet har vi en familie av galakser rundt oss, kalt Den lokale gruppen. Denne gruppen består av rundt 50 galakser som holder i hverandre med gravitasjonskrefter:

Den lokale gruppen – vår galaksefamilie! Bilde: Wikipedia Commons

2. Universet utvider seg – og dét stadig fortere

I 1929 målte Hubble hastigheten til forskjellige galakser. Han fant at galaksene beveger seg vekk fra oss, og at jo lenger unna de er, desto raskere beveger de seg vekk fra oss. Dette var en indikasjon på at universet utvider seg. (Hubble trakk riktignok ikke umiddelbart selv konklusjonen om at universet utvider seg.) Vesto Slipher hadde gjort en lignende observasjon i 1912, men da visste man ikke ennå at galaksene var egne objekter som befant seg utenfor Melkeveien, og observasjonene var derfor svært kontroversielle.

På 1920-tallet var Einstein en forkjemper for ideen om et statisk univers. Kombinasjonen av Hubbles observasjoner og utviklingen av teori av Alexander Friedmann og Georges Lemaître som beskrev et univers som utvider seg, gjorde at ideen om et statisk univers mistet tilhengere. En ny teori vokste frem: big bang-teorien (se neste punkt)!

Men ikke nok med at universet utvider seg – det utvider seg stadig raskere. Dette ble oppdaget av to forskjellige forskningsgrupper, Supernova Cosmology Project og High-Z Supernova Search Team, uavhengig av hverandre så «sent» som i 1998. De oppdaget dette ved å se på supernovaer av type Ia. Oppdagelsen var det motsatte av hva de hadde forventet seg å finne, og tre medlemmer av disse forskningsgruppene fikk Nobelpris i fysikk i 2011 for oppdagelsen, etter at oppdagelsen ble bekreftet av andre, uavhengige observasjoner.

Hvordan man lager en supernova av type Ia. Figur: NASA, ESA og A. Feild (STScI)

3. Universet har ikke eksistert for alltid

Universet har ikke eksistert for alltid, men er ca. 13,8 milliarder år gammelt. Så fort man hadde oppdaget at universet utvider seg, var det naturlig å tenke seg at universet en gang for lenge siden hadde vært mye mindre enn det er i dag – så lite som et punkt! Dette så Georges Lemaître for seg i 1931, som ledet til utviklingen av big bang-teorien.

Big bang-teorien ble videreutviklet av George Gamow, og siden den gang har stadig flere observasjoner vist seg å stemme med teorien og teorien blir stadig videreutviklet til å bli mer komplett. Det er fortsatt mange spørsmål rundt universets dannelse og utvikling, men vi har lært utrolig mye om hva som har skjedd siden de første øyeblikkene av universets historie og frem til i dag.

Universets historie. Figur: Wikipedia Commons

4. Universet består hovedsakelig av mørk materie og mørk energi

Såkalt «vanlig materie» – materie som er lagd av atomer slik som vi kjenner fra hverdagen vår – er egentlig en ganske sjelden ingrediens i universet. Det finnes enda mer mørk materie, og mye mer mørk energi.

Universets innhold. Illustrasjon: Maria Hammerstrøm

Mørk materie er materie som vi foreløpig ikke vet hva er for noe og som vi ikke kan se direkte – vi kan kun se den gravitasjonelle effekten fra den. Den mørke materien ble først foreslått av Fritz Zwicky i 1933, men ikke allment akseptert før på 1970-tallet etter sterke bevis fra Vera Rubin i 1968 (som mange mener burde ha fått Nobelprisen i fysikk for sitt arbeid). Jeg har tidligere skrevet om henne og hennes arbeid.

• Les mer: Den mystiske mørke materien (blogginnlegg)

Mørke energi fikk først navnet sitt i 1998, inspirert av navnet til mørk materie. Mørk energi er en form for gravitasjonskraft i revers. I stedet for å trekke ting sammen, skyver den ting fra hverandre. Det første direkte beviset for mørk energi kom i 1998 da de to forskningsgruppene nevnt ovenfor oppdaget at universet utvider seg stadig raskere. I ettertid har flere uavhengige observasjoner som bekrefter det opprinnelige funnet at det må eksistere en form for mørk energi i universet som får universet til å utvide seg.

5. Universet er fylt av en kosmisk bakgrunnsstråling

Den kosmiske bakgrunnsstrålingen (cosmic microwave background; CMB) ble observert for første gang ved en tilfeldighet i 1965 av Arno Penzias og Robert Wilson, som fikk Nobelprisen i fysikk for oppdagelsen i 1978. Observasjonen av CMB stemte overens med eksisterende teorier som først ble utviklet av George Gamow i 1948.

Slik ser CMB ut dersom man visualiserer det:

Kart over den kosmiske bakgrunnsstrålingen. Figur: Planck/ESA

Den kosmiske bakgrunnsstrålingen er den eldste strålingen i universet som er mulig å observere. Det flekkete kartet ovenfor viser målinger gjort av temperaturforskjeller i alle himmelretninger. I tillegg skjuler kartet masse spennende informasjon om universets historie som vi kan bruke til å lære mer om universet. CMB er én av flere observasjoner som støtter oppom big bang-teorien.

• Les mer: Å måle hva universet består av (blogginnlegg)

6. Vi har et supermassivt sort hull i sentrum av galaksen vår – og det har kanskje alle andre galakser også

Det er et supermassive sort hull i sentrum av galaksen vår, som har fått navnet Sagittarius A*. Bevis for dette ble først presentert av et internasjonalt team av astronomer fra Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics  i 2002. Da hadde de observert en stjerne i bane i innerste delen av Melkeveien i ti år. I årene etter har banene til flere stjerner blitt observert. Stjernenes baner tyder på at de beveger seg rundt et usynlig objekt med masse på flere millioner solmasser. Et supermassivt sort hull er den eneste mulige forklaringen.

Banen til seks stjerner rundt det supermassive sorte hullet i galaksesenteret vårt. Størrelsesskalaen til solsystemet er vist i nedre høyre hjørne for referanse – stjernene beveger seg veldig tett på det supermassive sorte hullet! Figur: Wikipedia Commons

Supermassive sorte hull er ikke det samme som de sorte hullene vi ender opp med når massive stjerner dør. Supermassive sorte hull er millioner til milliarder mer massive, og vi vet faktisk ikke hvordan de har klart å bli så massive.

Observasjoner tyder på det finnes supermassive sorte hull i sentrum av alle galakser. Og de supermassive sorte hullene kan ha spilt en viktig rolle i utviklingen av galakser. Men på dette området er det fortsatt mye vi ikke forstår.

• Les mer: Galakser og supermassive sorte hull – en kjærlighetshistorie (blogginnlegg)

Galaksen M81 har et supermassivt sort hull som veier 70 millioner ganger mer enn Solen. Bilde: Ken Crawford

7. Stjerner består hovedsakelig av hydrogen og generer energi gjennom fusjon

I 1925 fant Cecilia Payne-Gaposchkin ut at hydrogen er hovedingrediensen i stjerner – og i universet som helhet. Frem til da hadde man trodd at Solen bestod av samme materialer som Jorden, ettersom Jorden ble dannet av restene etter Solen.

• Les mer: Astronomikvinner (4): Cecilia Payne-Gaposchkin (blogginnlegg)

Da man først hadde lært hva Solen bestod av, var det lettere å forklare hvordan Solen generer energi. I 1938 avslørte Hans Bethe (som senere skulle involvere seg i Manhattan-prosjektet) at Solen genererer energien sin gjennom fusjon av hydrogen til helium i kjernen sin. Han fikk Nobelprisen i fysikk i 1967 for sitt arbeid med å utvikle teorien for hvordan lette grunnstoffer blir skapt i fusjonsprosesser i stjerner. Hva med de tyngre grunnstoffene? Dette leder oss til neste punkt.

Solen – en skikkelig fusjonsreaktor!

8. Tyngre grunnstoffer blir produsert i stjerner og kilonovaer

I begynnelsen av universets historie, fantes det hovedsakelig to grunnstoffer i universet: hydrogen og helium. Men vi ser jo at det finnes mye tyngre grunnstoff enn det på jordkloden, som for eksempel gull og jern. Disse tyngre grunnstoffene må jo ha kommet fra et sted.

I 1957 kunne Geoffrey Burbidge, E. Margaret Burbidge, William Fowler og Fred Hoyle forklare hvordan tyngre grunnstoffer dannes i stjerner. Det vil si: tyngre grunnstoffer til og med jern. Tyngre grunnstoffer enn dette dannes i supernovaeksplosjoner, hvor de tunge grunnstoffene blir spredt utover i universet av eksplosjonen. En supernovaeksplosjon er en mulig skjebne for en massiv stjerne.

Men dét var ikke hele bildet. Supernovaene alene har ikke kunnet forklare mengden av de forskjellige grunnstoffene i universet. Høsten 2017 kom observasjonen som fortalte at kollisjonen av nøytronstjerner som resulterte i en kilonova – en slags supernova fra sammenslående nøytronstjerner – er kilden til resten av grunnstoffene!

• Les mer: Kilde til gravitasjonsbølger observert for første gang (blogginnlegg om bl.a. kilonovaer, 16.10.2017)

Sammenslåingen av to nøytronstjerner fører til en voldsom eksplosjon kjent som en kilonova. En slik begivenhet forventes å kaste tunge kjemiske grunnstoffer ut i verdensrommet. Dette bildet viser noen av disse grunnstoffene, sammen med deres atomnummer. Bilde: ESO/L. Calçada/M. Kornmesser

9. Gravitasjonsbølger eksisterer

Gravitasjonsbølger ble observert for første gang i 2015 av LIGO-samarbeidet. Gravitasjonsbølger er energi som forplanter seg som bølger fra et objekt med lysets hastighet, på samme måte som bølger forplanter seg på overflaten av et vann. Allerede i 1916 hadde Einstein forutsett at de måtte eksistere. Observasjonen førte allerede i 2017 til Nobelprisen i fysikk for tre av de involverte fysikerne.

Oppdagelsen av gravitasjonsbølger var en viktig oppdagelse av flere grunner. Les mer om dette i blogginnlegget Gravitasjonsbølger er oppdaget!

To sorte hull som går i bane rundt hverandre. Illustrasjon: R. Hurt/Caltech-JPL

10. Det finnes planeter rundt andre stjerner enn vår egen

En planet ble oppdaget rundt en annen stjerne for første gang i 1992. Frem til da kunne det hende at vi var det eneste planetsystemet i universet. Nå vet vi at vi er mindre spesielle enn som så.

Etter å ha oppdaget nesten 4000 eksoplaneter (planeter rundt andre stjerner enn Solen), har vi lært at det er mer vanlig at stjerner har planeter rundt seg enn at de ikke har det. I galaksen vår er det i gjennomsnitt én planet per stjerne, som betyr at det er 100–400 milliarder planeter bare i vår galakse! Da kan man jo begynne å lure på hva sannsynligheten er for at det finnes annet liv der ute.

• Les mer: Tror du på romvesener? (blogginnlegg)

Illustrasjon som gir et inntrykk av hvor vanlig det er med planeter rundt andre stjerner. Verken størrelser eller avstander er i riktig størrelsesforhold. Illustrasjon: NASA/ESA/ESO

* * *

Tenkt at vi har lært alt dette bare i løpet av de siste 100 årene! Tenk hva de neste 100 årene kan bringe av kunnskap!

Sjekk Wikipedias Timeline of Astronomy for flere astronomiske oppdagelser, helt tilbake fra 750 år fvt. og frem til i dag. Kjenner du til en viktig oppdagelse som du syns burde vært med i listen? Legg igjen en kommentar 😀

Det er fortsatt mange ting som gjenstår å finne ut av. Se for eksempel Wikipedia-oversikten List of unsolved problems in physics 🙂

Hovedbilde: Hubble Ultra Deep Field (NASA)