21. maj 2021

Studie afslører nye detaljer om, hvad der skete i det første mikrosekund af Big Bang

EVOLUTION

Forskere fra Københavns Universitet har undersøgt, hvad der skete med en særlig type plasma – det første stof, der nogensinde har eksisteret – i løbet af det første mikrosekund af Big Bang. Deres fund er en brik i puslespillet om at forstå universets evolution.

Illustration af Big Bang
Foto: Getty Images

For cirka 14 milliarder år siden ændrede vores univers sig fra at være meget varmt og fortættet til at udvide sig radikalt – en proces, forskere har døbt Big Bang, der refererer til universets oprindelse.

Og selvom denne hurtige udvidelse af universet medførte partikler, atomer, stjerner, galakser og livet, som vi kender det idag, findes kun få detaljer om, hvad der egentlig skete.

Men i et nyt studie af forskere fra Københavns Universitet afsløres ny viden om, hvordan det hele begyndte.

”Vi har undersøgt et særlig type plasma, der hedder Kvark-Gluon plasma, der var det eneste eksisterende stof i universet i det første mirkosekund af Big Bang. Vores resultater fortæller en unik historie om, hvordan plasmaet har udviklet sig på dette tidlige stadie af universets evolution,” forklarer You Zhou, der er lektor på Niels Bohr Insitutet på Københavns Universitet.

”Plasmaet, der består af kvarker og gluoner, blev skilt ad, da universet udvidede sig under Big Bang. Derefter satte stykkerne af kvark sig sammen og dannede såkaldte hadroner. En hadron med tre dele kvark, danner en proton, der er en del af atomers kerner. Disse kerner er byggestenene i alt liv og har derved været med til at danne os selv, Jorden og universet omkring os,” tilføjer han.

Fra flydende og glat til de stærke byggesten i universet

Kvark-Gluon-plasmaet (KGP) var tilstede i det første 0.000001 sekund af Big Bang og forsvandt derefter, fordi det blev ’sprængt’ i flere dele. Men ved at bruge en partikel-accelerator hos CERN – en europæisk atomforskningsorganisation i Schweiz – kunne forskerne genskabe plasmaet og undersøge, hvad der skete med det under Big Bang.

”Acceleratoren smadrer ioner fra plasmaet sammen i ekstrem høj fart – næsten lig lysets hastighed. Det gør os i stand til at undersøge, hvordan KGP’et udviklede sig fra at være dets eget stof til at blive en del af atomkerner og byggestenene i vores univers,” siger You Zhou.

Udover at bruge partikelacceleratoren, har forskerne også udviklet en algoritme, der kan analysere flere partikler på én gang – næsten dobbelt så mange, som man har kunnet tidligere. Deres resultater viser, at KGP’et i det første mikrosekund af Big Bang, var flydende og havde en glat struktur, og at det adskiller sig fra andre stoffer ved konstant at ændre form over tid.

”I lang tid har forskere troet, at plasmaet var en slags gas, men vores analyser bekræfter den seneste milepæl i forskningen, hvor man viste, at KGP’et var flydende og havde en blød og glat struktur, der minder om vand. Det nye, vi finder ud af, er at plasmaet har ændret form over tid, hvilket er ret overraskende og anderledes fra alle andre stoffer, vi kender,” forklarer You Zhou.

Illustration af universets tilblivelse, der startede med kvark-gluon plasma (se længst til venstre), der udviklede sig til protoner og neutroner og senere atomkerner, stjerner og galakser (se længst til højre). Illustration: NASA/CXC/ M. WEISS
Illustration af universets tilblivelse, der startede med kvark-gluon plasma i det første millisekund af Big Bang (se længst til venstre). Ud af kvark-gluon plasmaet udviklede protoner og neutroner sig. De dannede senere atomkerner, stjerner og galakser (se længst til højre). Illustration: NASA/CXC/ M. WEISS

Et skridt tættere på sandheden om Big Bang

Selvom forskerne endnu ikke kan sige, hvorfor plasmaet har ændret form, bringer deres nye opdagelse os en smule tættere på at kunne løse gåden om Big Bang og afdække, hvordan universet har udviklet sig i dets første mikrosekund, uddyber han.

”Hver opdagelse er en brik i puslespillet, der viser sandheden om Big Bang. Det har taget os næsten 20 år at finde ud af, at plasmaet var flydende, før det blev til hadroner og byggestenene i vores univers. Derfor er vores nye viden om, at plasmaet konstant ændrer form, et kæmpe gennembrud for os,” slutter You Zhou.

Studiet er udgivet i tidsskriftet Physics Letters B og er udarbejdet af You Zhou i samarbejde med Ph.d.-studerende Zuzana Moravcova fra  Niels Bohr Institutet, Københavns Universitet.