Kosmologene vil gi oss et tredimensjonalt kart verden aldri har sett før

UiO-forskere jakter på de gjemte galaksene fra det tidlige universet.

Kosmologene vil gi oss et tredimensjonalt kart verden aldri har sett før
Håvard Tveit forklarer at hver lille svarte prikk på skjermen er en galakse. Foto: Gina Aakre/UiO

Fra et teleskop i ørkenen i Owens Valley i California tikker det inn store mengder data til Håvard Tveit Ihle på Institutt for teoretisk astrofysikk på Universitetet i Oslo (UiO). Han har ingen enkel jobb når han skal finne måter å analysere disse enorme mengdene med data på.

Selve radioteleskopet er ifølge Ihle helt ordinært. Det er måten de bruker det påmonterte optiske instrumentet på, som er unik. Det måler frekvensen til strålingen veldig nøyaktig. På lang sikt skal forskerne lage et tredimensjonalt klart over universet ett til fire milliarder år etter Big Bang.

– Det er en helt ny måte å måle og analysere data på, forteller Ihle.

Målet er å kartlegge det tidligere universet i tre dimensjoner. For å få til dette ser forskerne etter en spesiell stråling.

– Stjerner dannes i store, kalde skyer av molekyler. De stedene det oppstår stjerner, er de stedene i galaksen det er kaldt nok. Her er det også karbonmonoksid (CO), og det er det vi observerer, forklarer Ihle.

Galaksene sender strålingen ved bestemte bølgelengder.

– Vi vet hvilken frekvens strålingen blir sendt ut med. Etter hvert som universet utvider seg, utvider også bølgelengden til lyset seg, og frekvensen reduseres. Det er det som kalles rødforskyvning.

– Ved å se hvilken frekvens vi måler strålingen på, kan vi se hvor lang avstand det kommer fra. På den måten får vi den tredje dimensjonen, forklarer Ihle.

Når astronomer observerer galakser mange milliarder år tilbake, bruker de teleskopene som en slags tidsmaskin. Fjernt lys og stråling bruker lang tid på å nå oss, og teleskopene kan observere milliarder av år gammel stråling fra galakser og stjerner.

Vil gi oss et helt unikt og helhetlig bilde

Les også

Det er ennå mye vi mennesker ikke vet om universet i denne tidlige perioden. Det var da de første stjernene ble dannet og universet begynte å få de første galaksene. Forskerne vet mye om det aller tidligste universet fordi de kan få informasjon fra den kosmiske bakgrunnsstrålingen, som på mange måter gir oss et slags barnebilde av universet.

Etter dette er det en periode der mye er mer usikkert. Det er denne perioden forskerne nå vil kartlegge.

Tidligere er det bare kartlagt enkeltgalakser fra denne perioden. Ihles prosjekt skal kartlegge strålingen fra samtlige galakser. Forskningsgruppen ved UiO er en del av «CO Mapping Array Project» (COMAP), et internasjonalt samarbeid innenfor et nytt forskningsfelt som kartlegger universet med kosmiske spektrallinjer.

– Tidligere instrumenter har bare sett toppen av isfjellet når de har sett på galakser fra denne perioden. Vi ser også det som ligger under. Vi håper vi kan bruke denne teknikken for å se lengre og lengre tilbake i tid, sier Kieran Cleary fra Caltech i en pressemelding.

Han er leder av COMAP-kollaborasjonen og assisterende direktør ved Owens Valley Radio Observatory, som eier teleskopet som samler inn dataene.

Teleskopet i Owens Valley i California.
Teleskopet i Owens Valley i California. Foto: Roke Cepeda-Arroita

Kan bli et stort gjennombrudd

Så langt har forskergruppen slått fast at de får inn dataene de hadde regnet med og at dataene oppfører seg som forventet. Men veien frem til en første måling av strålingen de leter etter, er fremdeles lang.

– Vi har ikke klart å måle det vi ønsker ennå, men vi ser at vi er på riktig vei, sier Ihle og viser til at COMAP-gruppen har publisert flere vitenskapelige artikler.

– Vi klarer å filtrere og fjerne dårlige data på en god måte. Hvis vi kan holde dette gående, vil vi kunne gjøre en klar måling av strålingen i løpet av få år. Det vil være et stort gjennombrudd for hele feltet, sier Ihle.

Dataene som mates inn til Ihles forskergruppe sier noe sånt som: «Teleskopet peker i en viss retning. Hva er intensiteten ved hver frekvens når teleskopet peker i denne retningen?» Ved neste tidsintervall er intensiteten litt annerledes. Dette skal sammenstilles og brukes på en fornuftig måte.

– Teleskopet flytter seg hele tiden samtidig som himmelen beveger seg. Feltet vi forsøker å observere, driver gjennom det området som teleskopet peker mot. Teleskopet samler inn all dataen, så knuser vi dataen her i Oslo ved å skrive en software eller datakode som laster inn og analyserer all dataen.

COMAP-forskerne foran teleskopet i 2018.
COMAP-forskerne foran teleskopet i 2018. Foto: Privat

 

Ihle gir et eksempel på en av de mange oppgavene denne datakoden må løse:

– Vi måler noe i volt, en spenning i en detektor. Det vi er interessert i, er intensiteten i strålingen fra himmelen. Hvordan skal vi oversette mellom de to? Da ser vi på noe på himmelen som vi vet intensiteten til, og bruker det til å oversette de rå dataene til det vi vil ha, som er målinger av intensitet. Dette kalles «kalibrering».

Kanskje universets historie må skrives om

Les også

Ihle er svært spent på hva forskningen vil føre med seg.

– Forskningen vår kan si noe om hvordan galakser og stjerner blir til. Det er et eksperiment som forteller oss om universets historie. For oss er det et mål i seg selv å prøve å studere universet på så mange måter så mulig, slik at vi kan vite om våre grunnleggende teorier stemmer eller ikke, sier han.

Moderne kosmologi bygger på den dominerende modellen Lambda-CDM. Modellen forklarer svingningene i den kosmiske bakgrunnsstrålingen og universets ekspansjon.

– Vi kan absolutt finne noe helt nytt som ikke stemmer overens med denne modellen. Kanskje forskningen vår vil vise at vi må gå tilbake å finne på noe bedre enn Lambda-CDM.

Artikkelen ble først publisert på Titan.uio.no

Les også