Universum

Från Wikipedia
(Omdirigerad från Världsalltet)
Hoppa till: navigering, sök
Hubble Ultra Deep Field är ett projekt där man med hjälp av långa exponeringstider och rymdteleskopet Hubble lyckats ta bilder på galaxer från den så kallade mörka tidsåldern, en kort tid efter "Big Bang".

Universum (från latinet med betydelsen "det hela"; "allt skapat", "världen", "världsalltet", "världsbyggnaden") uppfattas vanligtvis som ett utrymme som per definition innehåller allting, det vill säga all materia, energi, rumtiden, naturlagarna och alla händelser. Universum och dess beståndsdelar studeras inom astronomin och mer specifikt inom kosmologin vad gäller till exempel universums uppkomst, utveckling och storskaliga struktur.

Egenskaper[redigera | redigera wikitext]

Universum är mycket gammalt och utvecklas. Tidigare trodde man allmänt att universum i stort sett inte förändrades men sedan 1930-talet vet vi att det expanderar då Hubble upptäckte att avlägsna galaxer avlägsnar sig med större hastighet ju längre bort de är.[1] Detta förhållande kallas Hubbles lag. Länge troddes expansionstakten vara konstant eller långsamt avtagande, men nyligen har det upptäckts att expansionstakten istället ökar.[2]

Universums utveckling beskrivs av Big Bang-teorin, som är allmänt accepterad bland kosmologer och bekräftas av en mängd observationer. Enligt Big Bang-teorin var universum för mycket länge sedan oerhört mycket varmare och tätare än det är idag och har sedan dess expanderat och svalnat.

Ålder[redigera | redigera wikitext]

Enligt den mest precisa undersökning som har gjorts, baserad på observationer av den kosmiska bakgrundsstrålningen, är universum 13.798 ± 0.037 miljarder år gammalt.[3] Detta senaste resultat överensstämmer med tidigare mätningar.[4] Undersökningar baserade på andra metoder (till exempel radiometrisk datering) ger överensstämmande men mindre exakta slutsatser på 11–20 miljarder år[5] respektive 13–15 miljarder år.[6]

Materien i universum[redigera | redigera wikitext]

Medeldensiteten är mycket låg och beräknas till 9,9×10−30 kg/dm³. Det motsvarar en väteatom per fyra m3 volym. Trots detta innehåller universum en stor mängd energi. Beräkningar visar att universum består till endast 4,6 % av vanlig materia (baryoner), till 72 % av en tänkt mörk energi och till 23 % av en tänkt mörk materia.[7] Det är endast den vanliga materien som kan observeras direkt. Men gravitationen från galaxerna är synbarligen starkare än vad den vanliga materian i dem kan förklara. I dag anses den bästa förklaringen till detta vara mörk materia. Begreppet "mörk materia" har införts för att förklara galaxernas extra tyngdkraft. För att förklara universums accelererande expansion har man dessutom infört begreppet "mörk energi". Vad den mörka energin och den mörka materian består av är fortfarande inte utrett, men det existerar en stor mängd hypoteser.

Den materia som vi kan observera är i stor skala homogent (jämnt) utspridd. På mindre skalor, mindre än 300 miljoner ljusår, är den ihopklumpad: många atomer bildar stjärnor, de flesta stjärnor ingår i galaxer, de flesta galaxer ingår i galaxhopar och superhopar, och dessa ingår i de enorma trådliknande strukturerna kallade galaxfilament. Den observerbara materian är också isotropt utspridd i stor skala, vilket innebär att universum ser ut på samma sätt oavsett i vilken riktning vi observerar; innehållet är i stort sett likadant i alla riktningar. Hypotesen att hela universum, även de delar som inte kan observeras, är homogent och isotropt i stor skala kallas den kosmologiska principen.

Storlek och form[redigera | redigera wikitext]

Universums storlek och form är en fråga som inte är avgjord. Universum kan ha en begränsad storlek, men det kan också vara oändligt stort. Vi har inte kunnat upptäcka någon kant inom den volym vi kan se, vilket tyder på att hela universum har minst samma radie som det ”observerbara universum”, den volym vi kan se.

Universums storlek och form hänger ihop med rymdens krökning i stor skala. Om universum är oändligt, så är rymden antingen utan krökning (platt) eller negativt krökt. Mätningar av mikrovågsbakgrundsstrålningen gjorda av NASAs WMAP-projekt, har visat att rymdens krökning i det observerbara universum är inom 0,5 % av att vara platt, vilket innebär att hela universum antingen är oändligt, eller åtminstone mycket större än det observerbara universum[8][9], under förutsättning att dess topologi inte är icke-trivial.

Ett universum med begränsad storlek kan antingen vara:

  1. Positivt krökt, vilket innebär att två fotoner som initialt följer parallella banor så småningom närmar sig varandra. I ett sådant universum kan man i princip åka "universum runt", och komma tillbaka från andra hållet. Ett sådant universum är ändligt stort men har ändå ingen kant; det finns inget ställe i universum där det tar slut. Detta kan tyckas paradoxalt, men är enklare än det låter: ytan på ett klot har också begränsad storlek men saknar kant.
  2. Ändligt med en kant. Detta innebär att rymden tar slut någonstans. Kanten är teoretiskt och filosofiskt svårhanterlig, och inga seriöst framförda kosmologiska modeller innefattar någon kant.
  3. Ändligt med icke-trivial topologi. Rymden är i så fall inte ett enkelt sammanhängande rum. Detta skulle kunna fungera ungefär som i vissa datorspel, till exempel Pac-Man, där man kan åka ut ur skärmen på ena sidan och komma tillbaka in från andra sidan. I så fall har rymden ändlig storlek, men ingen kant. Den behöver dock inte vara positivt krökt. Om man tittar ut i en sådan rymd med teleskop blir effekten som i ett kalejdoskop, om man ser tillräckligt långt bort så tittar man genom samma rymd igen, och ser samma galaxer en gång till (i en yngre upplaga).

Big Bang[redigera | redigera wikitext]

Huvudartikel: Big Bang

Enligt den förhärskande kosmologiska teorin uppstod universum genom en urexpansion som var så extrem att en form som är lika stor som en atom tog formen till en tennisboll under en miljondels sekund och sedan en form lika stor som jorden under en annan, kallas Stora Smällen (Big Bang), för ca 13,8 miljarder år sedan, och att dess expansion fortfarande pågår. Forskning tyder på att expansionen till och med verkar accelerera. Flera teorier har lagts fram om vad det kan vara som driver accelerationen. Hypotesen om mörk energi uppkom bland annat som ett försök att förklara detta, och är i hög grad vetenskapligt accepterad. Följaktligen blir universum kontinuerligt större, och galaxerna i universum kommer allt längre ifrån varandra.

Makroskopiska objekt inbegriper förutom galaxer även kvasarer, nebulosor, planeter, stjärnor och svarta hål. Alla fysiska objekt och ljuset i universum är påverkade av gravitationskrafter. Detta resulterar eventuellt i en förtätning av all materia i ett glesare universum. En följd blir i så fall också att ljusvågor böjs alltmer av gravitationen och leder till visuella förvrängningar.

Om universum expanderar på detta sätt skulle resultatet, när universum blivit dubbelt så gammalt som det är nu, bli att endast objekt tillhörande den Lokala hopen kommer att vara synliga. Slutscenariot är ett gigantiskt ”tomrum” med ett enormt antal svarta hål som "ångar" bort under närmast oändligt lång tid på grund av Hawkingstrålning. Forskare räknar med att de minsta svarta hålen (motsvarande Solens massa) försvinner 1068 år efter universums uppkomst, de mellanstora svarta hålen (miljoner solmassor) efter 1087 år, och de allra största svarta hålen (galaxmassa) efter 10100 år. Kvar blir uttänjda fotoner och sönderfallspartiklar. Universum skulle bli i det närmaste totalt tomt.

Big Bang-teorin är en extrapolering av tolkningen av upphovet till den elektromagnetiska frekvensförskjutning som kallas rödförskjutning, och som kan observeras i ljuset från avlägsna stjärnor. Enligt Hubbles lag beror rödförskjutningen på den hastighet ljuskällorna avlägsnar sig med från oss, och rödförskjutningen är större ju längre bort källorna befinner sig. Jämför dopplereffekt som även avhandlar frekvensförskjutning av ljud från källor i rörelse. Förutom rödförskjutningen bekräftas Big Bang-teorin även av den kosmiska bakgrundsstrålningen, som är rester av den strålning som uppstod vid Big Bang, och av den relativa förekomsten av lätta grundämnen i universum, vilken förklaras väl av den nukleosyntes som skett i det tidiga varma och täta universum som teorin förutsätter.

Det observerbara universum[redigera | redigera wikitext]

Detta avsnitt är en sammanfattning av Observerbara universum
En konstnärs bild av det observerbara universum i logaritmskala med solsystemet i mitten, inre och yttre planeter, Kuiperbältet, Oortmolnet, Alpha Centauri, Perseusarmen, Vintergatan, Andromedagalaxen, närliggande galaxer, filament, mikrovågsbakgrundstrålning, och i ytterkanten Big Bangs osynliga plasma.

Det observerbara universum är de galaxer och annan materia som vi i princip kan observera från jorden idag. Strålning från dessa objekt har haft tillräcklig tid på sig för att nå oss sedan universum började expandera vid Big Bang. Gränsen för det observerbara universum är den horisont, där de mest avlägsna objekt som kan observeras befinner sig idag.

Under antagandet att universum är isotropt, vilket stämmer väl med vad vi ser, så är radien på det observerbara universum densamma i alla riktningar, vilket innebär att det observerbara universum är en sfär med centrum i den som observerar, oavsett vilken form universum som helhet har.

Hur (eller om) rymden fortsätter bortom vårt observerbara universums horisont, kan vi i princip inte ha någon direkt kunskap om. Så långt bort som vi har observerat, så ser dock universum i princip likadant ut överallt. Inga tecken tyder på att rymden skulle ha ett slut.

Materieinnehåll[redigera | redigera wikitext]

Det observerbara universum innehåller 3 till 100 × 1022 stjärnor (30 000 triljoner till en kvadriljon stjärnor)[10][11][12][13] som finns i mer än 80 miljarder galaxer, vilka i sin tur formar galaxhopar och superhopar.[14]

Flera olika uppskattningar av antalet atomer i det observerbara universum ger att antalet är ungefär 1080.[15]

Storlek[redigera | redigera wikitext]

Universums ålder är cirka 13,8 miljarder år, så man skulle kunna tro att det observerbara universum har en radie på 13,8 miljarder ljusår. Det är dock inte riktigt så enkelt,[16] eftersom universum expanderar. Det ljus som når oss idag från de mest avlägsna objekten, sändes ut då de var mycket närmare än 13,8 miljarder ljusår; under tiden ljuset färdats mot oss har sträckan blivit längre. Samtidigt har de objekt från vilka ljuset sändes ut sedan dess avlägsnat sig från oss på grund av expansionen. Diametern av det observerbara universum beräknas vara ungefär 93 miljarder ljusår,[17] vilket innebär att avståndet till dess gräns är 46-47 miljarder ljusår.[18][19]

Vår plats i universum[redigera | redigera wikitext]

Vårt solsystem befinner sig nära yttre delen av Perseusarmen, en av spiralarmarna i vår galax Vintergatan. Vintergatan har flera spiralarmar och är en stavspiralgalax.

Vintergatan ingår i sin tur i en galaxhop som kallas Lokala gruppen eller Lokala galaxhopen, som bland andra även innehåller Andromedagalaxen och de Magellanska molnen.

Lokala galaxhopen ingår i sin tur i en samling galaxhopar, en superhop, som kallas Lokala superhopen eller Virgosuperhopen eftersom dess centrum ligger i riktning mot stjärnbilden Jungfrun (latin: Virgo).

Lokala superhopen ingår i sin tur i ett galaxfilament.

Se även[redigera | redigera wikitext]

Källor[redigera | redigera wikitext]

  • Astronomy, March 2003.
  • Astronomy, June 2003.

Noter[redigera | redigera wikitext]

  1. ^ Hubble, Edwin, "A Relation between Distance and Radial Velocity among Extra-Galactic Nebulae" (1929) Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, Volume 15, Issue 3, pp. 168-173 (Full article, PDF)
  2. ^ ”Nobelpriset i Fysik 2011”. Nobelprize.org. http://www.nobelprize.org/nobel_prizes/physics/laureates/2011/#. Läst 6 oktober 2011. 
  3. ^ Ade, P. A. R.; Aghanim, N.; Armitage-Caplan, C.; et al. (Planck Collaboration). ”Planck 2013 results. I. Overview of products and scientific results”. Astronomy & Astrophysics (submitted)'. http://www.sciops.esa.int/SA/PLANCK/docs/Planck_2013_results_01.pdf. 
  4. ^ Bennett, C.L.; Larson, L.; Weiland, J.L.; Jarosk, N.; Hinshaw, N.; Odegard, N.; Smith, K.M.; Hill, R.S.; et al.. Nine-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Final Maps and Results. http://arxiv.org/abs/1212.5225. ,
  5. ^ Britt RR (2003-01-03). ”Age of Universe Revised, Again”. space.com. Arkiverad från originalet den 2003-04-11. http://web.archive.org/web/20030411094824/http://www.space.com/scienceastronomy/age_universe_030103.html. Läst 2007-01-08. 
  6. ^ Wright EL (2005). ”Age of the Universe”. UCLA. http://www.astro.ucla.edu/~wright/age.html. Läst 2007-01-08. 
    Krauss LM, Chaboyer B (3 January 2003). ”Age Estimates of Globular Clusters in the Milky Way: Constraints on Cosmology”. Science (American Association for the Advancement of Science) 299 (5603): ss. 65–69. doi:10.1126/science.1075631. PMID 12511641. http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/299/5603/65?ijkey=3D7y0Qonz=GO7ig.&keytype=3Dref&siteid=3Dsci. Läst 8 januari 2007. 
  7. ^ NASA, WMAP - What is the universe made of?, map.gsfc.nasa.gov, Läst 2012-05-25.
  8. ^ ”Five-Year Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) Observations: Data Processing, Sky Maps, and Basic Results” (PDF). nasa.gov. http://lambda.gsfc.nasa.gov/product/map/dr3/pub_papers/fiveyear/basic_results/wmap5basic.pdf. Läst 2008-03-06. 
  9. ^ NASA: Shape of the universe map.gsfc.nasa.gov. Läst 2011-09-17.
  10. ^ ”Astronomers count the stars”. BBC News. July 22, 2003. http://news.bbc.co.uk/2/hi/science/nature/3085885.stm. Läst 18 juli 2006. 
  11. ^ "trillions-of-earths-could-be-orbiting-300-sextillion-stars"
  12. ^ van Dokkum, Pieter G.; Charlie Conroy (2010). ”A substantial population of low-mass stars in luminous elliptical galaxies”. Nature 468 (7326): sid. 940–942. doi:10.1038/nature09578. PMID 21124316. Bibcode2010Natur.468..940V. http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/abs/nature09578.html. 
  13. ^ "How many stars?"
  14. ^ How many galaxies in the Universe? säger "the Hubble telescope is capable of detecting about 80 billion galaxies. In fact, there must be many more than this, even within the observable universe, since the most common kind of galaxy in our own neighborhood is the faint dwarfs which are difficult enough to see nearby, much less at large cosmological distances."
  15. ^ Mass, Size, and Density of the Universe Article from National Solar Observatory, 21 May 2001.
  16. ^ Davis, Tamara M.; Charles H. Lineweaver (2004). ”Expanding Confusion: common misconceptions of cosmological horizons and the superluminal expansion of the universe”. Publications of the Astronomical Society of Australia 21 (1): sid. 97. doi:10.1071/AS03040. Bibcode2004PASA...21...97D. 
  17. ^ Itzhak Bars; John Terning (November 2009). Extra Dimensions in Space and Time. Springer. sid. 27–. ISBN 9780387776378. http://books.google.com/books?id=fFSMatekilIC&pg=PA27. Läst 1 maj 2011 
  18. ^ Frequently Asked Questions in Cosmology. Astro.ucla.edu. Retrieved on 2011-05-01.
  19. ^ Lineweaver, Charles (2005). ”Misconceptions about the Big Bang”. Scientific American. http://space.mit.edu/~kcooksey/teaching/AY5/MisconceptionsabouttheBigBang_ScientificAmerican.pdf. Läst 6 november 2008. Okänd parameter medförfattare

Externa länkar[redigera | redigera wikitext]