Planck satellitten på mission til universets begyndelse – Niels Bohr Institutet - Københavns Universitet

Videresend til en ven Resize Print Bookmark and Share

Niels Bohr Institutet > Nyheder > Nyheder 2010 > Planck satellitten på ...

17. maj 2010

Planck satellitten på mission til universets begyndelse

”Missionen går perfekt, og vi får særdeles gode data, som vil kunne opklare, hvad der skete ved universets skabelse og hvordan og hvorfor verden ser ud som den gør”, fortæller en glad men gådefuld forsker ved Discovery Center på Niels Bohr Institutet, Pavel Naselsky, for der er store ting i vente, men de endelige resultater må vente lidt endnu.

Planck satellittens mission er at observere helt
tilbage til universets barndom og blandt andet
kortlægge den kosmiske mikrobølgestråling, der
kan opklare helt nye detaljer om det tidlige univers
300.000 år efter Big Bang

ESA satellitten Planck blev sendt ud i rummet den 14. maj 2009. Dens mission er at observere helt tilbage til universets barndom og måle den kosmiske mikrobølgestråling med en hidtil uset nøjagtighed. Mikrobølgestrålingen opstod sammen med universets fødsel (Big Bang) og dets meget tidlige udvikling og har et væld af informationer om de fundamentale fysiske processer, der styrede udviklingen i det meget tidlige univers.

Det tog 50 dage for satellitten at nå ud til sin position i rummet (det såkaldte Lagrange-punkt L2), 1,5 millioner kilometer fra Jorden, og derefter skulle der bruges cirka et halvt år på at justere den, for det er dens helt ekstreme nøjagtighed med målinger med en nøjagtighed på 0,00001 grader C, der vil revolutionere kosmologien. Planen var, at satellitten skulle blive på sin position og observere i et år, og derefter var missionen slut.

”Men ved et rent held kom satellitten hurtigt ud af Jordens bane, og det sparede så meget brændstof, at missionen kan fortsætte i et år yderligere, så det vil give os dobbelt så mange data”, fortæller Pavel Naselsky, lektor i Discovery Center på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Sofistikeret eksperiment
Når satellitten skal bruge brændstof i rummet – modsat andre satellitter, er det fordi den ikke bare skal hænge stille i rummet, men den skal ændre retning hver time samtidig med, at den roterer en gang i minuttet om sin egen akse. Disse bevægelser gør, at den skanner universet hele vejen rundt i løbet af seks måneder. Det vil sige, at i stedet for at få et afgrænset kikkert-kig udad i én retning, får man nu et komplet og meget detaljeret kort over universet i alle retninger. Planck har et meget sofistikeret detektor-system, der måler den kosmiske mikrobølgestråling ved ni forskellige frekvenser i intervallet fra 23 Ghz til 857 Ghz.

Nye billeder af Orion-tågen med Planck-
satellittens mikrobølge observationer afslører de
komplekse fysiske kræfter i dannelsen af nye
stjerner. Billederne viser de separate fysiske
processer, hvor udstråling af elektroner fra gas
påvirkes af galaksens magnetiske felt og reagerer
med roterende støvpartikler. Planck kan måle
den meget lille mængde varme, som de iskolde
støvpartikler udsender i de tidligste stadier, hvor
stjerner fødes.

Universets ursuppe

Lige efter Big Bang, altså længe før Jorden, Solen, stjernerne og galakserne fandtes, var universet en ursuppe – en tæt tåge af hed plasma og voldsom energi. Der fandtes ingen atomer, kun frie protroner og elektroner. Alt var totalt mørkt.

Men ur-universet udvider sig, den tætte masse spredes og dermed afkøles den. Efter cirka 300.000 år er universet kølet ned til omkring 3000 grader C, og nu kan elektronerne begynde at koble sig sammen med protronerne og danne de første atomer, brint. Lyset kan begynde at slippe ud som varmestråling, og det er den, vi nu cirka 13 milliarder år senere ser som den kosmiske mikrobølgestråling, der nu har en temperatur på 2,7 grader Kelvin (cirka minus 270 grader C).

Men mikrobølgestrålingen er ikke helt jævnt fordelt, den 'klumper' en anelse (ca. 1/100.000 variation i temperaturen). Disse ujævnheder (eller anisotropier som fysikerne siger) i den observerede temperatur hen over himlen er et mål for, hvordan massen var fordelt, da strålingen blev udsendt.

Universets mysterier

Ved at studere ujævnhederne i temperaturfordelingen af den
kosmiske mikrobølgestråling i det meget tidlige univers, kan
forskerne opklare mange af universets helt store mysterier
– som for eksempel, hvad der fik Big Bang til at ske og skabte
hele universet

Ved at studere ujævnhederne i temperaturfordelingen af den kosmiske mikrobølgestråling i det meget tidlige univers, kan forskerne opklare mange af universets helt store mysterier – som for eksempel, hvad der fik Big Bang til at ske og skabte hele universet? Hvordan og hvornår skete det?

Og hvad består universet af? – kun cirka 4 procent af universet består af de synlige himmellegemer som stjerner, planeter og galakser, resten er ukendt - som mørkt stof, der er usynligt, men som alligevel ifølge beregningerne er langt størstedelen af universets masse sammen med mørk energi, som man heller ikke ved, hvad er. Kan man opklare det, kan man finde ud af, om universet vil fortsætte med at udvide sig for evigt eller om det tværtimod vil trække sig sammen igen i en omvendt proces til Big Bang, en skæbne som man kan kalde 'Big Crunch'.

Kun cirka 4 procent af universet består af de
synlige himmellegemer som stjerner, planeter og
galakser, resten er ukendt - som mørkt stof, der
er usynligt, men som alligevel ifølge
beregningerne er langt størstedelen af universets
masse sammen med mørk energi, som man heller
ikke ved, hvad er.

Fra målinger med NASA’s Wilkinson Microwave Anisotropi Probe (WRAP) ved man dog, at det er meget usandsynligt, at universet vil trække sig sammen igen, men universets fremtidige skæbne er endnu mindre forudsigelig, end man troede. Det skyldes eksistensen af den 'mørke energi' som alt tyder på findes i store mængder i vores univers og som en slags vakuum-energi får udvidelsen af universet til at accelerere. 

Største landvinding

Planck missionen kan studere kosmiske tyngdefeltsbølger (gravitational waves), der bevæger sig udad fra det tidlige univers. De observeres med de længste bølgelængder i spektrum af lyset, og tidligere observationer har forsøgt at måle dem, men eksperimenternes nøjagtighed har været alt for lille.

I disse år er der et amerikansk projekt LIGO, der søger efter tyngdefeltsbølger fra Jordens 'omegn', det vil sige Mælkevejens centrum og fra binære stjerner, dvs. to stjerner, der snurrer hurtigere og hurtigere rundt om hinanden. Med Planck satellitten kan man studere kosmiske tyngdefeltsbølger helt tilbage til deres oprindelse – Big Bang, gennem deres aftryk på polarisationen af den kosmiske mikrobølgestråling.

"Det vil måske blive den største landvinding i forståelsen af vores univers, at vi med Planck vil være i stand til at måle selve universets tyngdefeltsbølger, der direkte er koblet til Big Bang og den kosmiske inflation (ekstremt hurtig ekspansion af universet i det allerførste split-øjeblik)", siger Pavel Naselsky, og han forventer, at vi i de kommende vil få en helt ny forståelse af universets oprindelse.