Vad är universum gjord av?

Pin
Send
Share
Send

Universumet är fyllt med miljarder galaxer och biljoner stjärnor, tillsammans med nästan otaliga planeter, månar, asteroider, kometer och moln av damm och gas - allt virvlande i rymdens enorma omfattning.

Men om vi zooma in, vad är byggstenarna för dessa himmelkroppar, och var kom de ifrån?

Väte är det vanligaste elementet som finns i universum, följt av helium; tillsammans utgör de nästan all vanlig materia. Men detta står bara för en liten del av universum - cirka 5%. Alla övriga är gjorda av saker som inte kan ses och endast kan upptäckas indirekt.

Mest väte

Det hela började med en Big Bang, för cirka 13,8 miljarder år sedan, när ultrahett och tätt packat material plötsligt och snabbt expanderade i alla riktningar på en gång. Millisekunder senare var det nyfödda universum en växande massa av neutroner, protoner, elektroner, fotoner och andra subatomära partiklar, enligt NASA.

Varje bit av materia som utgör alla de kända elementen i det periodiska systemet - och alla objekt i universum, från svarta hål till massiva stjärnor till fläckar av rymdamm - skapades under Big Bang, sa Neta Bahcall, professor i astronomi vid Institutionen för astrofysiska vetenskaper vid Princeton University i New Jersey.

"Vi känner inte ens fysikens lagar som skulle ha funnits i en så varm, tät miljö," sa Bahcall till Live Science.

Cirka 100 sekunder efter Big Bang sjönk temperaturen till en fortfarande seoming 1 miljard grader Kelvin. Vid ungefär 380 000 år senare hade universum svalnat tillräckligt för att protoner och neutroner kunde samlas och bilda litium, helium och väteisotopen deuterium, medan fria elektroner fångades för att bilda neutrala atomer.

Eftersom det fanns så många protoner som tippade runt i det tidiga universum, blev väte - det lättaste elementet, med bara en proton och en neutron - det vanligaste elementet, vilket utgör nästan 95% av universumets atomer. Nära 5% av universumets atomer är helium, enligt NASA. Sedan, cirka 200 miljoner år efter Big Bang, bildade och producerade de första stjärnorna resten av elementen, som utgör en bråkdel av de återstående 1% av all vanlig materia i universum.

Osynliga partiklar

Något annat skapades under Big Bang: mörk materia. "Men vi kan inte säga vilken form det tog, för vi har inte upptäckt dessa partiklar," berättade Bahcall till Live Science.

Mörk materia kan inte observeras direkt - ännu - men dess fingeravtryck bevaras i universumets första ljus, eller den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen (CMB), som små fluktuationer i strålning, sade Bahcall. Forskare föreslog först existensen av mörk materia på 1930-talet och teoretiserade att mörk materiens osynliga drag måste vara det som höll samman snabbt rörliga galaxkluster. Tio år senare, på 1970-talet, hittade den amerikanska astronomen Vera Rubin mer indirekta bevis på mörk materia i de snabbare än väntade rotationsgraden för stjärnor.

Baserat på Rubins resultat, beräknade astrofysiker att mörk materia - även om det inte kunde ses eller mätas - måste utgöra en betydande del av universum. Men för ungefär 20 år sedan upptäckte forskare att universum höll något ännu konstigare än mörk materia; mörk energi, som tros vara betydligt rikare än antingen materia eller mörk materia.

Denna bild av det utvecklande universum fångades 2014 av Hubble Space Telescope och är bland Hubbles mest färgstarka djupa rymdbilder. (Bildkredit: NASA / ESA)

En oemotståndlig kraft

Upptäckten av mörk energi inträffade eftersom forskare undrade om det fanns tillräckligt med mörk materia i universum för att orsaka expansion att sputtera ut eller omvänd riktning, vilket fick universum att kollapsa inåt på sig själv.

Se och se, när ett forskargrupp undersökte detta i slutet av 1990-talet fann de att universum inte bara kollapsade på sig själv utan expanderade utåt i allt högre takt. Gruppen bestämde att en okänd kraft - kallad mörk energi - pressade mot universum i rymdets uppenbara tomrum och påskyndade dess fart; forskarnas resultat fick fysikerna Adam Riess, Brian Schmidt och Saul Perlmutter Nobelpriset i fysik 2011.

Modeller av kraften som krävs för att förklara universumets accelererande expansionshastighet antyder att mörk energi måste utgöra mellan 70% och 75% av universum. Mörkmaterial står för tiden för cirka 20% till 25%, medan så kallad vanlig materia - de saker vi faktiskt kan se - beräknas utgöra mindre än 5% av universum, sa Bahcall.

Med tanke på att mörk energi utgör ungefär tre fjärdedelar av universum, att förstå det är utan tvekan den största utmaningen som forskarna står inför idag, berättade astrofysiker Mario Livio, då med Space Telescope Science Institute vid Johns Hopkins University i Baltimore, Maryland, till Live Science systerwebbplats Space.com 2018.

"Även om mörk energi inte har spelat någon stor roll i universums utveckling tidigare, kommer den att spela den dominerande rollen i utvecklingen i framtiden," sade Livio. "Universumets öde beror på den mörka energins natur."

Pin
Send
Share
Send