Se op på en klar nat, og enhver stjerne, planet og glødende tåge, du kan se, tilhører et lille mindretal. Mørkt stof udgør 85% af universets samlede masse, mens mørkt stof og mørk energi sammen udgør 95% af dets samlede masse-energiindhold. Normalt stof – alt der er lavet af atomer, inklusiv enhver stjerne og enhver læser af denne side – er en afrundingsfejl til sammenligning.
Universet er alt: alt stof, energi og de strukturer, de danner, fra subatomare partikler til galaktiske filament. Det har ekspanderet i 13,8 milliarder år, startende fra en tæt ildkugle ved Big Bang, og kosmologer har brugt det seneste århundrede på at kortlægge, hvor mærkeligt denne ekspansion og dens indhold virkelig er.
En Boble 93 Milliarder Lysår Bred
Den del af universet, vi faktisk kan observere, er en kugle centreret på Jorden. Den ordentlige afstand mellem Jorden og kanten af det observerbare univers er 46 milliarder lysår, hvilket gør hele boblen cirka 93 milliarder lysår bred. Dette tal overrasker folk, der antager, at "13,8 milliarder år" burde begrænse det synlige univers til 13,8 milliarder lysår i radius.
Løsningen er, at lys og rum gør to forskellige ting. Lys fra kanten af det observerbare univers har rejst siden cirka 13,8 milliarder år siden, universets alder, men den ordentlige afstand til denne kant er større, fordi kanten og Jorden har fortsattet med at bevæge sig væk fra hinanden, mens rummet selv ekspanderede under rejsen. Lyset er gammelt; det rum, det krydsede, er fortsattet med at strække sig under det.
Ingen ved, hvor stort universet i alt er – kun hvor meget af det vi kan se herfra. Tallet 93 milliarder lysår er en horisont, ikke en mur.
Flere Stjerner End Sandkorn På Hver Strand
Inden for horisonten bliver tallene næsten absurde. Det observerbare univers indeholder anslået op til 2 billioner galakser og i alt anslået 10^24 stjerner – flere stjerner end alle sandkornene på hver strand på Jorden.
Denne sammenligning er ikke bare en retorisk blomst; det er den type tal, der holder op med at have betydning, det sekund du forsøger at forestille dig det. To billioner galakser er cirka 250 galakser for hver person, der lever i dag, og hver af disse galakser kan indeholde hundreder af milliarder stjerner. Mælkevejen er en galakse blandt det antal, der kredser rundt om ingenting særligt, på ingen særlig plads.
Et Univers Der Er 95% Usynligt
Her er delen, der holder fysikere vågen om natten: det meste af dette stof-energi er slet ikke lavet af atomer. Stofenergitætheden i universet er 68% mørk energi, 27% mørkt stof og 5% normalt stof – stoffet fra stjerner, planeter og mennesker.
.jpg){kind=link}
Mørkt stof alene anslås til at udgøre 26,8% af universets samlede stofenergimængde, men 84,5% af det samlede stof i det. Med andre ord, når astronomer taler om "stof" i kosmisk forstand, er fem ud af hver seks enheder mørkt stof, ikke atomer. Det udsender, absorberer eller reflekterer ikke lys, og dets tilstedeværelse udledes helt fra dets tyngdekraft – det vises simpelthen ikke i de 5%, vi kan direkte detektere.
Selv de 5% mærket "normalt stof" er vildledende, hvis du forestiller dig stjerner. Langt de fleste normal stof i universet er usynligt, da synlige stjerner og gas inden for galakser og klynger tegner sig for mindre end 10 procent af normalt stofs bidrag til stofenergitætheden i universet. Det meste af de atomer, der eksisterer, glør ikke nogen steder – det er diffust gas spredt mellem og omkring galakser, aldrig tæt nok til at tænde.
Ti Milliarder Til En: Hvordan Stof Vandt
Fysik forudsiger, at Big Bang burde have oprettet stof og antistof i lige store mængder, som ville have tilintetgjort hinanden til ren energi og ikke efterladt noget – ingen galakser, ingen stjerner, ingen læsere. Det skete åbenbart ikke på den måde: universet har 10 milliarder gange mere stof end antistof.
Dette skæve forhold er et af kosmologiens åbne mysterier, og det er også grunden til, at noget som helst eksisterer. Selv med stofs ti milliarder til en fordel, er det resulterende univers bemærkelsesværdigt tyndt. Universets gennemsnitlige tæthed, spredt over alt det rum, er cirka 1 proton pr. 200 liter – mere tomt end det bedste vakuumkammer nogensinde bygget på Jorden.
Universets Ældste Fotografi
Den kosmiske mikrobølgebaggrund eller CMB er det tættest kosmologi kommer på et babybilder. Det er efterglanssstråling tilbage fra cirka 380.000 år efter Big Bang, da universets temperatur første gang faldt til det punkt, hvor nuklei kunne kombinere med elektroner for at skabe neutrale atomer, hvilket tillod lys at rejse frit for første gang.
Denne efterglans er afkølet siden da. I dag har CMB et termisk sortkropsspektrum ved en temperatur på 2,72548±0,00057 K – et par grader over det absolutte nulpunkt, ensartet over hele himlen.
Det blev opdaget næsten ved et uheld. Opdagelsen af CMB i 1964 af amerikanske radioastronomer Arno Allan Penzias og Robert Woodrow Wilson var højdepunktet i arbejde, der blev initieret i 1940'erne; de forsøgte at eliminere støj fra en radioantenne og fandt i stedet den resterende varme fra Big Bang selv.
CMB er også næsten, men ikke helt, perfekt glat. Det er isotropt til cirka en del ud af 25.000, med rod-middelkvadratiske variationer på lige over 100 μK, når dipolen forårsaket af vores egen bevægelse trækkes fra. Denne dipol er selv en kendsgerning værd at vide: det er forårsaket af Solens egen særlige hastighed på 369,82±0,11 km/s i forhold til den fælles bevægende kosmiske hvilereferenceramme, mens solsystemet driver mod stjernetegn Crater nær dets grænse med Leo. Selv når du står helt stille på Jorden, bliver du transporteret gennem universets ældste lys med denne hastighed.
Skubbet Der Vinder
Mørk energi er det mærkeligste ingrediens i blandingen, netop fordi det er så tynd. Mørk energis tæthed er meget lav, cirka 7×10−30 g/cm3, meget lavere end tætheden af normalt stof eller mørkt stof inden for galakser. En enkelt galakse pakker langt mere masse ind i sit volumen end mørk energi gør over samme rum.
Og alligevel dominerer det universets samlede energibudget, fordi det i modsætning til stof ikke bliver fortyndet, når rummet ekspanderer – det fylder hver ny kubikmeter rum med samme lave tæthed, og rummet fortsætter med at lave flere kubikmeter. Beviset på, at dette skub er virkeligt, snarere end teoretisk, kom i 1999: Supernova Cosmology Project fandt beviser for, at universets ekspansion accelererer, snarere end at bremse under sin egen tyngdekraft, som astronomer havde antaget. Noget skubbede tilbage mod tyngdekraften i de største skalaer, og det er ved at vinde siden da.
Ferneste Kant Af Det, Vi Kan Se
Ved den yderste grænse af det observerbare univers sidder den nuværende rekordholder for afstand: det fjerneste identificerede astronomiske objekt er en galakse klassificeret som MoM-z14, med et rødskift på 14,44. Dets lys forlod hjemmet, da universet var en lille brøkdel af sin nuværende alder, og har været på vej til os siden da.
.jpg){kind=link}
Zoom ud til skalaen af galaxeklynger og superkiynger, og universets struktur løber til sidst. Ved skalaer mellem 30 og 200 megaparsecs ser det ikke ud til at der er nogen fortsatte storskala struktur i universet, et fænomen kaldet Slutningen Af Størrelse – ud over den størrelse, giver det kosmiske net af filament og tomrum plads til et univers, der ligner statistisk det samme i alle retninger. Struktur har et loft; Ensartethed gør det ikke.