Darach Watson modtager Dansk Magisterforenings Naturvidenskabelige Forskningspris 2017

Af Anna Dalsgaard, journalist, Magisterbladet

Lad der blive lys, sagde Gud på den første dag, da han skabte himmelen og jorden. Og det er præcis der, grænsen går for astronomernes indsigt.

Vi er sådan cirka omkring dag ét i universets skabelseshistorie,” siger Darach Watson, som mener, vi de seneste 20-30 år har været i fuld gang med at skrive skabelsesberetningen fra videnskabens synsvinkel.

”Det var mørkt, og så kom det første lys. Lige der, er vi nu, og forhåbentlig kan vi snart se lyset fra de allerførste stjerner og galakser”, siger Darach Watson, som er uddannet astrofysiker og er lektor ved Dark Cosmology Centre på Niels Bohr Institutet ved Københavns Universitet.

Det er historien, der fascinerer ham. At han kan se tilbage i tiden og finde ud af, hvad der er sket i universets levetid. Det gør ham glad

"Jeg vil f.eks. gerne vide, hvordan stjerner, galakser og liv udviklede sig til det, vi ser i dag. Og på en endnu større skala vil jeg gerne vide, hvordan hele universet er blevet til”.

Gåden om mørk energi

Astronomer har observeret, at universet er ved at udvide sig. Men ikke nok med det. Udvidelsen accelererer, og astronomerne aner ikke hvorfor. Noget får det til at accelerere, og dette ’noget’ kaldes for mørk energi og er fysikkens største udfordring. En udfordring, som Darach Watson er godt i gang med at løse.

”Ved at måle hvordan universet er ekspanderet og forsøge at måle det så langt tilbage i historien, som vi kan komme, tror jeg, det er muligt at finde ud af, hvad mørk energi er”, siger han.

Banebrydende målemetode

Et stående problem i astronomi er at finde ud af, hvor langt væk noget er. Normalt måler astronomer afstande, ved at antage en model for universets ekspansionshistorie. Ved at regne ud, hvor meget lyset fra fjerne galakser spreder sig, kan de udlede, hvor langt væk galakserne er. Det kaldes rødforskydning, da lyset bliver skubbet mod den røde ende af lysskalaen, når det spreder sig. Men for at kalibrere denne skala, skal astronomerne både være i stand til at måle afstanden til et objekt direkte, og måle dets rødforskydning.

Darach Watson har opdaget en ny måde til at måle afstande meget langt tilbage i universets historie. En opdagelse, der er vigtig for at forstå, hvordan universet har udvidet sig siden Big Bang. Metoden gør det for første gang muligt at måle effekten af mørk energi i universets tidlige historie, og dermed fortæller den også, hvordan kosmos historisk har udvidet sig.

Lyset bevæger sig 300 km på et millisekund. Det betyder, at lyset fra solen tager otte minutter om at nå os, og at lyset fra nærmeste stjerne når os efter fire år. Vores nærmeste store nabo-galakse, Andromeda, er så fjern, at vi ser den, som den så ud for 2,3 millioner år siden.

”Jo fjernere galakser vi observerer, jo længere tilbage i deres historie ser vi dem. Det er en slags tidsmaskine, siger Darach Watson, og forklarer, at man kan undersøge universets tilstand på ethvert tidspunkt i dets historie ved blot at lede efter flere og fjernere objekter.

Lyset fra de sorte huller

Han har fundet ud af, at man kan måle afstande i universet med lyset fra aktive sorte huller. Eller kvasarer, som de også kaldes.

Hullerne er fysisk ret små. Selv det allerstørste sorte hul er ikke større end vores solsystem. Men de har en meget tung og tæt masse, så selv lys ikke kan slippevæk fra dem. På grund af hullernes enorme masser, som er mellem et par millioner og nogle få milliarder gange solens masse, tiltrækker de gas og støv med en meget stor volumen, der danner en skive omkring det lille sorte hul. Tætheden i stoffet er så høj, at temperaturen stiger til over 10 millioner grader celsius.

"Når gassen falder ned mod det sorte hul med enorme hastigheder, bliver det klemt i det relativt lille hulrum over et kort tidsrum, hvilket skaber megen energi, og det opvarmer gassen”, siger Darach Watson.

Ud fra det lys, man observerer fra de sorte huller, kan man beregne lysstyrken og udlede afstanden til dem, og det er denne afstandsmåler, han har opfundet.

”Da kvasarer er stærkere lyskilder end næsten alt andet, vi har observeret, kan de bruges til at måle, hvordan universet udvidede sig helt tilbage til meget tidlige tider i dets historie”, siger Darach Watson.

Astronomerne venter stadig på at se de allerførste galakser, som er særligt interessante.

”Vi forventer, at deres stjerner var meget forskellige fra de stjerner, vi ser i dag. De første stjerner var i stand til at danne støv i overraskende store mængder, og støvet gør det muligt at danne sollignende stjerner og planeter”, siger Darach Watson, som har fundet evidens for det tidligste støv i universet, hvilket i sin yderste konsekvens betyder, at planeter kunne dannes meget tidligt i universets historie.

Næste skridt: Liv i universet

Derfor er det også vigtigt at stille spørgsmålet: Hvornår og hvordan har det været muligt for liv at opstå i universet?

"For at have liv, skal molekyler, planeter og almindelige stjerner, med lange levetider ligesom solen, være til stede. Uden støv har vi hverken molekyler, planeter eller stjerner, så uden støv, intet liv," siger Darach Watson, som nu vil forsøge at finde ud af, hvor langt tilbage i universets historie, der har været mulighed for liv.

"Er vi den første generation? Var liv muligt for 10 milliarder år eller 12 milliarder år siden? jeg vil forsøge at finde ud af, hvornår muligheden for liv har været til stede, og hvad det har krævet," siger han.

Det kan han ikke svare på alene, og vil derfor samarbejde med andre forskere, som geologer, geofysikere og biologer.

"Vi skal f.eks. finde ud af, hvad der skal til for at skabe og opretholde liv. Hvis det er vigtigt, at en planet har et magnetfelt, der kan beskytte overfladen fra kosmisk stråling for at komplekst liv kan udvikles, skal planeten måske have en flydende jernnikkelkerne, og så er jern en nødvendighed. Men for at kernen kan være flydende, skal den være varm, og den varme kan blandt andet komme fra radioaktivt henfald fra grundstofferne uran og thorium”, siger han.

”Betyder det så, at thorium og uran skal være til stede?" spørger Darach Watson, som selv kan svare på, hvor tidligt man kan finde planeter med disse grundstoffer. Men han kan ikke svare på, om det er nødvendigt for at skabe liv.

En geofysiker kan svare på dele af det, mens en biolog ved noget om, hvilke grundstoffer der skal til, for at liv kan forekomme.

"For at liv som vores kan eksistere, er de to grundstoffer molybdæn og jod nødvendige. Men er de nødvendige for alt slags liv? Det kan jeg ikke svare på,” siger Darach Watson, der ser frem til at arbejde sammen med de andre forskere fra andre grene af naturvidenskaben, selv om det kun er på tankestadiet endnu.