Jakter på svar om universets fødsel

Gjennom prosjektet Cosmoglobe ønsker UiO-forskere å utvikle et atlas med kart over alle typer stråling.

– Det blir en global modell over det meste av radio- og mikrobølgestråling i universet, både fra Melkeveien og fra Big Bang, sier astrofysiker Ingunn Kathrine Wehus.

Hun er tildelt det prestisjetunge ERC Consolidator Grant fra det europeiske forskningsrådet. Det handler om to millioner euro fordelt på fem år.

Det overordnede målet er imidlertid å vinne kampen om å bli de første til å påvise de såkalte urgravitasjonsbølgene og dermed få mer kunnskap om universets fødsel. Det handler om det som skjedde i forbindelse med det store smellet – Big Bang.

Hvem finner urgravitasjonsbølgene?

Ifølge Einsteins gravitasjonsteori finnes det gravitasjonsbølger som forplanter seg gjennom rommet med lysets hastighet.

I februar 2016 ble det slått fast at observatoriet LIGO hadde funnet slike gravitasjonsbølger fra en kollisjon mellom to sorte hull, et funn de fikk nobelprisen i fysikk for i fjor.

Avtrykk av slike bølger kan finnes ved hjelp av den kosmiske bakgrunnstrålingen, som er den eldste informasjonskilden man har. Lyset fra bakgrunnstrålingen ble sendt ut da universet var svært ungt, bare nærmere 400 000 år gammelt, det vil si for omtrent 13,7 milliarder år siden.

LIGO-funnet handlet om små bølger som følge av kollisjoner. Men fremdeles har ikke forskerne klart å påvise de aller tidligste gravitasjonsbølgene rett etter Big Bang. For å finne et mønster av denne urgravitasjonen, må man måle den kosmiske bakgrunnsstøyen helt nøyaktig.

Støv fra Melkeveien

– Med et kart over all stråling i universet håper vi å kunne skille de ulike typene stråling fra hverandre og dermed finne den kosmiske bakgrunnstrålingen fra da universet ble født, forklarer Wehus.

I 2014 mente en forskerguppe at de hadde klart å påvise urgravitasjonsbølger. Men det viste seg at dataene var infisert av støv fra Melkeveien, det vil si stråling sendt ut av støvkorn som vibrerer.

– Det har lenge vært et problem å skille mellom stråling fra Melkeveien og signalet fra Big Bang. Vi ønsker nå å lage bedre modeller for støv og elektroner i Melkeveien, slik at vi kan separere forgrunnsignalet fra Melkeveien fra det kosmologiske bakgrunnssignalet.

Med dataanalyse og tungregning som våpen

Det er hard konkurranse blant kosmologer verden over om å påvise disse aller tidligste gravitasjonsbølgene. UiO-forskerne håper å vinne fram med bruk av avansert IT.

– Vi har spesialisert oss på utvikling av dataprogrammer og bruk av tungregneanlegg. Her på huset har vi datakraft for daglig dataanalyse og modellering. I tillegg har vi tilgang til dataressurser sammen med våre internasjonale partnere.

Til daglig jobber 13-14 forskere med dette på UiO.

– EU-midlene gjør at vi nå kan ansette fem-seks personer for de neste fem årene. Det gjør at vi kan sette mer trykk på forskningen, smiler Wehus.

Stort nettverk av internasjonale partnere

For å kunne gjøre dataanalyser med høy kvalitet, er UiO-forskerne avhengige av internasjonale samarbeid for å få tilgang til relevante data fra verdensrommet. Wehus og kollegene henter data fra flere internasjonale observasjoner. Ikke minst er bildene fra romteleskopet Planck svært viktig.

Gjennom SPIDER-prosjektet fikk forskerne data fra ballonger som i 18 dager i 2015 samlet data 38000 meter over Sydpolen. I desember neste år sendes det opp nye ballonger i samme område. Forskerne håper det skal gi mer informasjon om universets fødsel.

JAXA (Japan Aerospace Exploration Agency), som er Japans svar på ESA og NASA, planlegger å skyte opp en satellitt med navnet LiteBIRD i 2026. Dette er en satellitt som etter planen skal kunne måle storskala gravitasjonsbølger og kunne luke vekk noen av teoriene om hvordan det tidlige universet ble til.

Det greske prosjektet PASIPHAE har til hensikt å måle polariseringen av stjerneskinnet ved hjelp av teleskoper på Kreta og i Sør-Afrika.

Målet er å utvikle tredimensjonale (3D) kart av støvskyene i Melkeveien.

– Det vil være nyttig for å skille ut stråling som ikke har med gravitasjonsbølger å gjøre. Det er viktig i vår forskning, sier Wehus.

Her har UiO-forskerne fått støtte ti prosjektet COMAP, som dreier seg om å kartlegge universet i tenårene ved hjelp av karboinmonoksid.

Norsk støtte

Forskningen har også fått støtte fra ulike norsk kilder, og Wehus leder tre prosjekter hvor Forskningsrådet bidrar med midler. Blant annet gjelder det ROMFORSK-programmet.

Forskerne får også midler fra INTPART-ordningen, som støtter internasjonale forskningssamarbeid i krysningen mellom forskning og utdanning. Dette prosjektet heter Global Component Separation Network og handler om nettopp å separere ulike bølger og strålinger i universet fra hverandre. Dette skjer i samarbeid med partnere i Canada, India, Japan, Sør-Afrika og USA.

.....

Fakta

Gravitasjonsbølger:

• Ifølge den generelle relativitetsteorien er gravitasjonsbølger energi som forplanter seg utover fra en kilde i en bølgeform med lysets hastighet.
• Gravitasjonsbølger ble forutsett av Einstein i 1916.
• Flere forskningsprosjekter har forsøkt å påvise dem.
• I februar 2016 fastslo LIGO (Laser Inferometer Gravitational-Wave Observatory) at de hadde målt gravitasjonsbølger fra en kollisjon mellom to sorte hull.

Kosmisk bakgrunsstråling

• Rester av den intense elektromagnetiske strålingen man hadde ved universets startfase.
• Den kosmiske bakgrunnsstråling har, på grunn av universets utvidelse, mistet så mye av sin energi at den nå tilsvarer den strålingen man vil ha fra et legeme på –270 °C, bare 3 grader over det absolutte nullpunkt.

Kilde: snl.no