Ögonblicket efter Big bang avgörande för universums uppbyggnad

Saker som hände under de första miljarddels sekunderna efter Big Bang påverkar universum än i dag.

– Det finns fortfarande mycket som vi inte förstår, som mörk materia, säger Rikard Enberg, professor vid Institutionen för fysik och astronomi, vars forskning utgår från just det där första ögonblicket i universums historia.

– När man observerar universum ser det ut som att något saknas. Om man mäter hur fort en vanlig galax roterar på olika avstånd från centrum så konstaterar man att den rör sig snabbare än den borde utifrån Newtons lagar. Här kan lösningen vara att det finns mer materia än vad vi ser, ju mer materia desto snabbare rotation. Det är det man menar med mörk materia – den reflekterar inte ljus och är därför osynlig, men har ändå gravitation.

Mörk materia kan också förklara vissa egenskaper hos den kosmiska bakgrundsstrålningen och hur galaxer rör sig runt varandra. Man kan tänka på det som en ny partikel inom partikelfysiken.

– Vi försöker lära oss om mörk materia genom att studera tidiga universum, säger Rikard Enberg.

Universum expanderar fortfarande

Alldeles efter Big bang var universum en miljon miljard grader varmt. Sedan dess har det utvidgats hela tiden vilket innebär att temperaturen sänks. I den intergalaktiska rymden är det nu omkring –270 grader Celsius.

– Fasövergångar – som när vatten blir vattenånga eller is eller när magneter avmagnetiseras – kan ha lett till att det bildades gravitationsvågor precis efter Big bang och de här gravitationsvågorna kan vara bryggan mellan partikelfysik och kosmologi, som hjälper oss att förstå universums utveckling, säger Rikard Enberg.

2017 fick Rainer Weiss, Barry C. Barish, och Kip S. Thorne Nobelpriset i fysik för ett arbete som möjliggjorde observation av gravitationsvågor från en kollision mellan två svarta hål, vilket öppnade ett nytt fönster mot universum. Gravitationsvågor som bildades i tidiga universum kan dock inte ses med den metoden som Nobelprisvinnarna använder.

– Det experimentet är alldeles för litet för att se gravitationsvågorna från tidiga universum, som har mycket längre våglängd. De har ju flugit omkring sedan efter Big bang, men utifrån teorin ska de finnas överallt, säger Rikard Enberg.

Gravitationsvågor kan ge svar

Forskare håller nu på att utveckla experiment för att kunna se gravitationsvågor från tidiga universum. Ett exempel är LISA, ett experiment där tre satelliter i omloppsbana runt solen kommer att skicka laserstrålar mellan varandra i en triangel år 2035. Om satelliterna ändrar läge kan det bero på den här typen av gravitationsvågor.

Rikard Enberg nämner också PTA, Pulsar Timing Array, som tittar på pulsarer eller döda neutronstjärnor, som ibland rör sig mot varandra. Hans forskargrupp ska med hjälp av beräkningar ta reda på om det här kan röra sig om gravitationsvågor från en fasövergångsprocess i tidiga universum.

Samtidigt utvecklas flera nya teleskop och satellitinstrument. Gravitationsvågorna är en nyckel till att förstå mer om vad som hände precis efter Big bang.

– Vi är helt enkelt nyfikna på varför universum ser ut som det gör och hur det är uppbyggt, säger Rikard Enberg.

Sigrid Asker