9 av de mest uppslukande fakta om universum

Universum är häpnadsväckande. Säg det så: hela dess vanliga materia, alla partiklar som gör oss och allt vi kan se utgör bara 4% av dess materia. Vi upptäckte bara universums stora masskomponent, det som utgör 70% av det, 1998. Vi kallar det mörk energi – även om ingen har den minsta aning om vad det exakt är.

Läs mer om vårt otroliga universum:

• Vilka är de konstigaste stjärnorna i universum?
• 12 otroliga fakta om gravitationen
• Vilka är de största föremålen i universum?

Universum ” , för att omformulera den brittiska biologen JBS Haldane, ”är inte främmande än vi föreställer oss. Det är främmande än vi kan föreställa oss.” För att fira detta glada faktum är här 9 av de mest häpnadsväckande rymdupptäckterna under senare tid.

Aktiva galaxer pumpar ofta ut 100 gånger mer ljus än en normal galax. Med upptäckten 1963 av kvasarer var det tydligt att ljuset inte kommer från stjärnor utan från en central region mindre än solsystemet.

Den enda tänkbara energikällan är materia som värms upp till glöd när den virvlar ner på ett gigantiskt svart hål upp till 50 miljarder gånger solens massa.

På 1990-talet fann NASA: s Hubble-rymdteleskop att även om aktiva galaxer bara står för cirka 1% av galaxerna, är supermassiva svarta hål ingen avvikelse.

Nästan alla galaxer, inklusive vår mjölk y sätt, innehåller en, men svält av en matförsörjning, de flesta har stängts av.

Vad gör supermassiva svarta hål i galaxernas hjärtan? Var det fröna kring vilka galaxer härdade? Eller skapade nyfödda galaxer dem? Dessa är fortfarande några av de största olösta frågorna inom astrofysik.

Värmen från Big Bang-eldkulan tappades i universum. Det hade ingenstans att gå, så det är fortfarande runt oss idag.

Det konstiga är att dess temperatur – 2,725 ° C över absolut noll (-270 ° C), den lägsta möjliga temperaturen – i princip är samma överallt.

Ändå, om vi föreställer oss att kosmisk expansion går bakåt, som en film i omvänd ordning, finner vi att delar av universum som finns på motsatta sidor av himlen idag inte var i kontakt när eldkulan på strålning bröt sig fri från materia.

Med andra ord har det varit otillräcklig tid för värme att röra sig mellan dem och temperaturen för att utjämnas sedan universums födelse.

Astronomer fixar detta genom att upprätthålla att tidigt var universum mycket mindre än väntat, så värmen kom lätt runt.

För att komma från denna mindre storlek till sin nuvarande storlek var universum tvungen att gå igenom en första explosion av supersnabb expansion, känd som inflation.

Det finns en upptäckt så fantastisk att den ännu inte har sipprat in i medvetandet hos de flesta arbetande forskare: allt vetenskap har varit att studera de senaste 350 åren är bara en mindre förorening av universum.

Endast cirka 4,9% av universums massaenergi är atomer: den typ av saker du, jag, stjärnorna och galaxerna är gjorda av (och därmed har bara hälften blivit upptäckt med teleskop).

Cirka 26,8% av den kosmiska massenergin är osynlig mörk materia, avslöjad eftersom den drar med sin tyngdkraft på de synliga sakerna.

Kandidater för vad som utgör mörk materia inkluderar hittills okända subatomära partiklar och svarta hål tillverkade i Big Bang.

Men förutom mörk materia finns det mörk energi, som står för 68,3% av universums massaenergi.

Det är osynligt, fyller hela rymden och påskyndar kosmisk expansion. Och vår bästa teori – kvantteori – överskattar dess energitäthet med en faktor en följt av 120 nollor!

Universum har inte funnits för alltid. Det föddes. För 13,82 miljarder år sedan bröt all materia, energi, rymd – och till och med tid – ut i en titanisk eldkula som kallades Big Bang.

Eldkulan började expandera och ur kylningsresterna doldes det så småningom galaxer – fantastiska öar av stjärnor vars vår Vintergatan är en av uppskattningsvis två biljoner. Detta, i ett nötskal, är Big Bang-teorin.

Oavsett hur du ser på det, är tanken att universum dykt upp i ett ingenting – att det fanns en dag utan en igår – är helt bonkers. Men det är vad bevisen säger oss.

En omedelbar fråga uppstår: vad hände före Big Bang?

Motviljan mot denna besvärliga fråga är varför de flesta forskare var tvungna att dras sparkar och skriker för att acceptera idén om Big Bang.

Universum expanderar, dess beståndsdelar galaxer flyger isär som bitar av kosmisk granatsplinter i efterdyningarna av Big Bang. Den enda kraften som ska fungera bör vara tyngdkraften, som fungerar som en elastisk bana mellan galaxerna och saktar ner dem.

Men 1998, i motsats till alla förväntningar, fann astronomer att universums expansion faktiskt påskyndar upp.

För att förklara det postulerade de existensen av osynliga saker, som de har kallat mörk energi, som fyller rymden och har en motbjudande tyngdkraft. Det är den motbjudande allvaret i denna mörka energi som accelererar den kosmiska expansionen.

Mörk energi står för nästan två tredjedelar av universums massenergi. Skolvetenskap ligger därför bakom tiden med att säga att tyngdkraften suger. I större delen av universum blåser det!

Håll upp tummen. 100 miljarder neutrinos passerar genom miniatyrbilden varje sekund. För 8,5 minuter sedan var de i hjärtat av solen.

Solneutrinoer är en biprodukt av solljusgenererande kärnreaktioner. När Ray Davis bestämde sig för att upptäcka dem med 100 000 liter rengöringsvätska i en gruva i South Dakota, förväntade han sig att bekräfta standardbilden av solen.

I stället hittade han bara en tredjedel av de förväntade neutrinerna , något som inte bara bekräftades av senare experiment utan som ledde till hans Nobelpris.

Neutrinos är spöklika subatomära partiklar som finns i en konstig kvantöverlagring – liknar ett djur som samtidigt är en ko, en gris och en kyckling.

När de reser från solen vänder de mellan att vara en elektronneutrino, en muonneutrino och en tau-neutrino, varför experiment som är känsliga för endast en typ tar upp en tredjedel av det förväntade antalet.

Forskare hatar att åberopa något speciellt om vår situation i universum. ”Special” är osannolikt medan ”typiskt” är troligt.

Men upptäckten av planeter runt andra stjärnor – vid sista räkningen, mer än 3500 har bekräftats – har skapat huvudvärk. Ingen är som vår egen.

Det finns superkompakta planetariska system där alla planeter kretsar närmare sin moderstjärna än Merkurius, den inre planet i solsystemet, gör mot solen.

Det finns Jupiter-massplaneter som måste ha migrerat inåt.

Det finns planeter i mycket elliptiska banor, som liknar kometer.

Och det finns planeter som kretsar kring fel väg runt sina stjärnor.

Med tanke på att planeter tros härda från gas och damm som virvlar i samma riktning runt en nyfödd sol, är den senare upptäckten särskilt svår att förklara.

Ännu vet ingen om det ovanliga i vårt solsystem har något att göra med att mänskligheten har uppstått för att märka det.

Den 14 september 2015 upptäcktes gravitationsvågor på jorden för första gången. Dessa krusningar i rymdtidens väv – förutsagt av Einstein 1916 – kom från sammanslagningen av två svarta hål i en avlägsen galax.

Kort sagt var kraften som pumpades ut 50 gånger större än för alla stjärnorna i universum tillsammans. Men detta var inte den enda käftande aspekten av händelsen.

Var och en av de svarta hålen var inom 30 solmassa. Eftersom ett svart hål är det som är kvar efter att en stor stjärna har blåst ut i rymden som en supernova, måste föregångarstjärnorna ha vägt minst 300 solmassor.

Sådana stjärnor är otroligt sällsynta idag. Men de två svarta hålen kunde ha varit rester av den allra första generationen stjärnor – tänkt att vara enorma – eller till och med ursvarta hål, födda i helvetets inferno.

Det finns ungefär 100.000.000.000.000.000.000.000 stjärnor i universum. Och förmodligen fler planeter än stjärnor. Ändå finns det bara ett ställe vi känner till där livet existerar i all denna omänlighet: Jorden.

Trots sökningar efter intelligenta signaler har inget tecken på intelligent utomjordiskt liv hittats. Det finns faktiskt ett bra argument att om sådana livsformer finns där ute, inte bara ska vi se tecken på dem utan de borde redan ha kommit hit.

”Var är de?” frågade fysikern Enrico Fermi berömt. Vissa astronomer tror att svaret är att vi är ensamma, att någon måste vara den första.

Men frånvaro av bevis är inte bevis för frånvaro. det tog tre miljarder år för oss att gå från enstaka celler till ett komplext liv, vilket föreslår att det är svårt att ta detta steg.

Tekniska civilisationer som våra kan vara sällsynta och deras livstid är kort, vi kanske har missat några andra med miljoner eller miljarder år. Det andra alternativet är att den närmaste helt enkelt kan vara för långt bort för att vi ska kunna upptäcka.

Marcus Chown är vetenskapsförfattare och författare. Denna artikel publicerades ursprungligen i januari 2018 av BBC Sky på Night Magazine.