Et enormt kort over universet afslører, at det kosmiske "tomrum" slet ikke er så tomt, som vi troede – og selve naturen af mørk energi er nu til debat.
Fem år med at stirre ind i et mørke fuld af strukturer
Efter fem års uafbrudt arbejde har teleskopet DESI skabt et tredimensionalt kort over titusinder af millioner galakser. Dette gigantiske datasæt giver os mulighed for at kigge 11 milliarder år tilbage i tiden og undersøge, om den kraft, der driver universets udvidelse, virkelig opfører sig, som fysikerne har antaget.
Øverst på observatoriet Kitt Peak i Arizona arbejder et instrument ved navn DESI – Dark Energy Spectroscopic Instrument. Det er ikke ét enkelt "stort teleskop", men et system bestående af 5.000 fiberoptiske sensorer, der fungerer som tusindvis af computerstyrede miniatureøjne. Hvert af dem opfanger lys fra forskellige dele af himlen og opdeler det i dets farvekomponenter, præcis som et ultrapræcist prisme.
På den måde måler forskerne blandt andet rødforskydning, som bruges til at beregne galaksers afstand og hastighed. Hertil kommer oplysninger om kemisk sammensætning og objekttype. Fra et astrofysisk synspunkt er dette afgørende data – de viser ikke blot, hvor noget befinder sig, men også hvor hurtigt det bevæger sig væk, og hvad det er bygget af.
DESI har indsamlet data om over 47 millioner galakser og kvasarer samt omkring 20 millioner nærliggende stjerner og skabt det største tredimensionelle kort over kosmos i historien.
Omfanget er imponerende. Det samlede datasæt er cirka seks gange større end alt, hvad tidligere lignende himmelkortlægninger har frembragt. Det giver forskerne en rummodel, der gør det muligt at følge kosmiske strukturers udvikling over mere end 11 milliarder år.
Sådan udleder man viden om mørk energi fra galaksekort
I centrum af DESI-teamets interesse står mørk energi – en mystisk form for energi, der ifølge nuværende estimater udgør omkring 69 procent af universets samlede indhold. Den lyser ikke, udsender ingen stråling og kan ikke observeres direkte. Dens eksistens afsløres af, hvor hurtigt galakserne bevæger sig væk fra hinanden.
Siden slutningen af 1990'erne har vi vidst, at universets udvidelse accelererer. Den enkleste forklaring er, at der virker noget som en indbygget "antigravitationsmotor" – en energi med en konstant værdi, der fylder rummet jævnt. I standardkosmologiske modeller antages det, at denne værdi ikke ændrer sig over tid.
DESI undersøger, om denne antagelse holder stik, når den konfronteres med reelle data. Galaksernes fordeling i enorme skalaer danner et karakteristisk mønster – et net af superknipper, filamenter og tomrum. Ud fra dette møsters præcise form kan man aflæse, hvordan den rumudvidende energi har virket i forskellige kosmiske epoker.
De første analyser kastede alvorlig tvivl
Foreløbige analyser af en del af DESI's data, der dukkede op i 2025, skabte røre i fysikermiljøet. Resultaterne antydede, at mørk energi ikke opfører sig som en stiv, uforanderlig konstant. I stedet kunne dens "styrke" tænkes at ændre sig en smule over tid.
For kosmologer er dette et scenarie, der vender det velkendte billede af et ordnet univers på hovedet. Hvis mørk energi ikke er konstant, må man genoverveje mange grundlæggende antagelser – fra kvantetomrummets natur til, hvordan fjerne fremtidige kosmiske epoker vil tage sig ud.
Det fulde kort fra fem års DESI-arbejde skal afgøre, om mørk energi er stabil, eller om den faktisk ændrer sig i takt med universets alder.
Først med det komplette datasæt bliver det muligt at filtrere statistiske fejl og bivirkninger fra, der kan have forvrænget de tidligere analyser. Det er derfor ikke overraskende, at teoretiske fysikere venter på de endelige resultater som på en dom over den model, de har brugt i årtier.
Et instrument, der viste sig at være bedre end forventet
DESI's skabere regnede med, at instrumentet ville være effektivt. De forudså bare ikke, at det ville være så effektivt. Hver nat genererede det omkring 80 gigabyte data og scannede systematisk omkring to tredjedele af den nordlige himmel. Dermed blev de planlagte mål nået hurtigere end den oprindelige tidsplan.
Denne "overkapacitet" åbnede døren for yderligere projekter. Da der alligevel blev indsamlet spektroskopiske data fra enorme himmelstrækninger, tilføjede teamet undervejs nye observationsprogrammer rettet mod andre kosmiske gåder.
- Højopløsningskort over galaksernes tæthed i store kosmiske skalaer
- Præcise rødforskydningsmålinger for kvasarer
- En mere detaljeret kortlægning af stjerner i vores del af Mælkevejen
- Identifikation af usædvanlige objekter, der ikke passer ind i kendte kategorier
Denne brede datapakke gør DESI til et redskab til at teste ikke blot mørk energi, men også andre kosmiske komponenter – eksempelvis mørk materie og spor efter tidligere galaksekollisioner.
Missionen forlænget til 2028
I stedet for at pensionere instrumentet blev det besluttet at forlænge dets arbejde til mindst 2028. Datamængden er så rig, at forskerne vil analysere, sammenligne og sammenholde den med computersimuleringer i mange år fremover.
De kommende år vil blandt andet blive brugt på at spore stjernebaner opstået fra oprevne dværggalakser samt på at lede efter subtile signaler, der peger på mørk materiers tilstedeværelse. Hvert af disse projekter kan i fremtiden føre til korrektioner af vores nuværende kosmologiske modeller.
DESI er ikke blot en "tæller" af mørk energi, men et flerfunktionelt laboratorium til at undersøge kosmiske strukturer i en hidtil uset skala.
Hvad kortet fortæller os om "tomrummet" i kosmos
Begrebet "kosmisk tomrum" antyder fuldstændig ingenting. Men det tredimensionelle kort fra DESI tegner et langt mere komplekst billede. I stor skala minder kosmos om en svamp eller et net – med tykke "tråde" af galakser og enorme områder med lavere materialetæthed.
Disse områder er afgørende, fordi det netop er her, mørk energis indvirkning er lettest at se. Hvor der mangler store materiekoncentrationer, maskeres dens virkning ikke af galakser og klyngers kraftige tyngdekraft. Derfor er en præcis kortlægning af de kosmiske tomrum blevet et af de mest værdifulde elementer i DESI-kortet.
| Skala | Hvad DESI-kortet viser | Hvad det bruges til |
|---|---|---|
| Enkelte galakser | Position, hastighed, kemisk sammensætning | Undersøgelse af galaksers udvikling og stjernepopulationer |
| Klynger og superklynger | Materiekoncentrationer over hundredvis af millioner lysår | Test af tyngdekraftens virkning i stor skala |
| Kosmiske tomrum | Udstrakte områder med lav tæthed | Måling af mørk energis indflydelse på rummets udvidelse |
Sammenlignet med tidligere himmelkortlægninger viser det nye kort ikke blot, at hullerne er fyldt ud – det afslører også finere detaljer. Forskerne kan nu sammenligne den faktiske fordeling af strukturer med simuleringer, hvor parametrene for mørk energi varieres. Forskellene mellem model og virkelighed giver mulighed for at udelukke teorier – eller i yderste konsekvens tvinge til at skrive nye.
Hvad forskningen kan betyde for vores forståelse af universets fremtid
Mørk energis opførsel er afgørende for, hvilket scenarie universets videre skæbne følger. Forbliver dens virkning stabil, vil kosmos udvide sig hurtigere og hurtigere, og fjerne galakser vil gradvist forsvinde fra vores observationshorisont. Set fra meget fjerne fremtidige epoker vil nattehimlen blive langt fattigere på objekter.
Viser det sig derimod, at mørk energi svækkes, ser billedet anderledes ud – udvidelsen kunne gradvist bremse op. Der findes også modeller, hvor dens styrke vokser, hvilket fører til det dramatiske scenarie, at alle strukturer rives fra hinanden i en ekstremt fjern fremtid. DESI skal hjælpe med at skelne, hvilke af disse versioner der kan tages alvorligt, og hvilke der bedst efterlades i rene spekulationers rige.
For den almindelige læser lyder det abstrakt, eftersom vi taler om tidsskalaer målt i milliarder af år. Men fra et praktisk synspunkt bringer denne forskning noget yderligere: den tester grænserne for de fysiske teorier, som en række moderne teknologier bygger på – fra satellitnavigation til tidsmålingssystemer. Når fysikere kontrollerer den generelle relativitetsteori og alternative gravitationskoncepters præcision, forsikrer de sig samtidig om, hvor meget man kan stole på fundamentet for moderne teknologi.
Det er også værd at huske, at missioner som DESI genererer enorme datamængder, der kræver nye analysemetoder. Det driver udviklingen af maskinlæringsalgoritmer, mere effektiv informationslagring og software til visualisering af komplekse strukturer. Værktøjer skabt til kosmisk forskning finder meget ofte et andet liv inden for medicin, økonomi og klimaanalyse.
For den nysgerrige er et godt sted at starte at sætte sig ind i begreber som mørk energi, mørk materie og rødforskydning via populærvidenskabeligt materiale. Kendskab til disse få nøgleord gør det langt lettere at følge med i astronominyheder, som i de kommende år kan bringe endnu flere korrektioner til vores billede af det udvidende univers.