Universet er et tilsyneladende uendeligt hav fyldt med stjerner, galakser og tåge. I den ser vi mønstre og konstellationer, der har inspireret historier gennem historien. Men der er et kosmisk mønster, som vi stadig ikke forstår. Et spørgsmål, der forbliver ubesvaret: Hvad er universets form? Vi troede, at vi vidste, men ny forskning antyder andet, og det kunne pege på en krise i kosmologien.
Mange tidlige astronomer mente, at universet var en sfære af stjerner, der omsluttede solsystemet og centreret om en fast, ubevægelig jord. Men gennem århundreder fandt astronomer, at vores sol kun var en af milliarder i en galakse, og der var utallige galakser spredt over milliarder af lysår med plads. Spørgsmålet om skabelsens form syntes at være et stykke punkt. Stjerner og galakser eksisterede inden for det tomme rum. Hvad der kunne være plads, men et tomt lærred: fladt, euklidisk og blottet for struktur.
Derefter i de tidlige 1900'ere udviklede Albert Einstein sin teori om generel relativitet. I det var pladsen ikke et tomt lærred. Det kunne bøje og strække, vri og deformere, baseret på massens position og bevægelse i universet. Disse rumlige deformationer afbøjede lys og stof, hvilket forårsager den effekt, vi kalder tyngdekraft. Med relativitet kunne rummet antage forskellige former. Derefter var det muligt, at universet kunne have en samlet kosmisk form, ligesom Jorden i det store og hele er rund.
Meget bredt vil generel relativitet give universet mulighed for at have en af tre former: flad, lukket eller åben.
Flad er den måde, vi tænker på plads i vores hverdag. Det er det euklidiske rum, vi lærer om i skolen. Flad plads strækker sig jævnt i alle retninger, og to parallelle lysstråler vil for altid forblive parallelle.
Åben plads kan forestilles som sadelformet. Den bøjer sig på en sådan måde, at den afviger, når du strækker sig udad. To lysstråler, der oprindeligt var parallelle, spredte sig gradvist fra hinanden og vendte lidt væk fra hinanden, når de krydser kosmos.
Lukket plads er generelt sfærisk. Det konvergerer, når det strækker sig, så parallelle lysstråler i sidste ende mødes og krydser hinanden, som længdegrader på Jorden.
Det skal nævnes, at ingen af disse har at gøre med, at universet som helhed ekspanderer. Kosmisk ekspansion betyder, at punkter i rummet spreder sig over tid. Universets form handler om rumets form. En sfærisk ballon kan ekspandere, når den er oppustet, ligesom en flad gummiplade kan strækkes og forblive flad. Så vores ekspanderende univers kan være fladt, åbent eller lukket.
Da rumets krumning påvirkes af tilstedeværelsen af masse, afhænger universets samlede form af den gennemsnitlige massefylde af stof i det. I den generelle relativitet er denne værdi givet af tæthedsparameteren, som er forholdet mellem den observerede tæthed og den "kritiske tæthed", der kræves for at universet skal være fladt. Hvis tæthedsparameteren er 1, er universet fladt. Hvis den er større end 1, er den lukket, og den er åben, hvis densitetsparameteren er mindre end 1. Målinger af den kosmiske tæthed har konsekvent givet en værdi af 1. Til observationsgrænser er universet fladt, som vi længe har mistænkt .
Men der er en anden måde at måle formen af kosmos på, og det er at se på den tilsyneladende størrelse på meget fjerne objekter. Det hele kommer tilbage til opførelsen af parallelle lysstråler. I et fladt univers forbliver parallelle linjer parallelle, så lys, der kommer fra to sider af en fjern galakse, når os i en lige linje. Deres vinkler i forhold til hinanden forbliver de samme, og derfor vises galaksen som dens sande størrelse.
Hvis universet er åbent, afviger parallelle linjer med afstanden. Så lyset fra vores fjerne galakse bliver mere parallelt, når det når os. Dette betyder, at galaksen ser ud til at være mindre end den er. Hvis universet er lukket, forekommer den modsatte bøjning af lys, og galaksen ser ud til at være større end den er.
I en ny artikel offentliggjort i Natur, et hold kiggede ikke på galakser, men snarere udsving inden for den kosmiske mikrobølgebakgrund (CMB). Det CMB er det resterende lys fra big bang, og det er det fjerneste lys, vi kan se i universet. På grund af dette er det lyset, der er mest påvirket af universets form. Omfanget af udsving i CMB bestemmes af mængden af mørkt stof og mørk energi i universet, som vi kender, så vi ved, hvor store udsving der skal vises. Når teamet analyserede CMB data fra Plank-rumfartøjet, fandt de, at udsvingene var større end forventet. Dette betyder, at universet inden for en 99% sikkerhed er lukket, ikke fladt.
Denne nye forskning er i modstrid med mange tidligere undersøgelser, der viser, at universet er fladt. Der kan være en systematisk fejl i Planck-dataene, der får universet til at se buet ud, men hvis forskningen er nøjagtig peger det på et hul i vores forståelse. For tiden er universets form uklar.
Kilde: Planck-bevis for et lukket univers og en mulig krise for kosmologi af Di Valentino, E., et al.
