Moderne rumforskning
Lige nu sker der meget inden for rumforskning, og følger man med på nettet er der masser af projekter i støbeskeen. Herunder er et par eksempler på det der er opdaget inden for de sidste par år, samt det man arbejder på i øjeblikket.
James Webb Teleskopet
Når man skal fotograferer verdensrummet fra jorden, bliver billederne forstyret af lys, varme og jordens atmosfære. Selv i kredsløb om jorden giver det problemer. Vi har længe haft Hubble teleskopet der har leveret billeder hvor vi kan se mange millioner år tilbage i tiden (fordi lyset er så længe under vejs) - men man har længe været interesseret i endnu renere billeder, så man har bygget et teleskop der skal væk... langt væk fra jorden. Faktisk er det sendt i en bane langt ude på den anden side af månen. Her findes der et punkt man kalder et Lagrangepunkt kaldet L2, hvor man kan opnå et tæt på stabilt kredsløb 1,5 mio km væk fra jorden. Det er langt fra første gang at man placerer satelitter og teleskoper i lagrangepunkter, faktisk ligger der en del rumsonder derude allerede.
Lagrangepunktet James Web Teleskopet ligger i L2 hvor den slynges væk af solens tyngdefelt kombineret med farten rundt om solen, men trækkes indad igen af jordens tyngdefelt. Punktet egner sig rigtig godt fordi afstanden til jorden altid er næsten den samme, og jorden og solen altid er i samme retning. På den måde kan solskjoldet og sattelittens antenner pege i den rigtige retning.
Teleskopet er på størrelse med en tennisbane når det er foldet ud, og de mange lag folie under teleskopet, skal skærme spejlene fra solens stråler, så spejlene er så kolde som overhovedet muligt (-223 grader Celsius).
På nederste billede kan du se forskellen på billedkvaliteten i forhold til tidligere rumteleskoper.
Gravitationsbølger
Einstein forudsagde allerede gravitationsbølger med sin relativitetsteori i 1916, men først i 1974 fik man de første eksperimentelle beviser - her fandt Joseph Hooton Taylor og Russel Alan Hulse beviser for teorien. Men før at man endegyldigt kunne "optage" gravitationsbølger måtte man have udviklet lidt teknologi til det.
Gravitationsbølger er bølger i rumtiden - ja det lyder lidt far out, men rumtiden er kort fortalt vores normale 3 dimensionelle rum, med tiden som den 4 dimension. For at visualiserer gravitationsbilleder kan man forestille sig et udspændt klæde, hvor tunge objekter laver fordybninger i. Hullerne de tunge ting laver kan betragtes som tiltrækning/tyngdekraften de enkelte ting har.
Når to meget tunge himmellegemer spinner hurtigt rundt om hinanden laver de bølger i "stoffet" der spreder sig ud af med lysets hastighed.
Disse bølger strækker og bøjer den 4 dimensionelle rumtid - faktisk strækkes og bøjes du også, men det er ikke noget du mærker.
Den 11. Februar 2016 målte man med LIGO det første fusionering af 2 sorte huller, der havde udsendt gravitationsbølger så kraftige at vi kunne måle dem her på jorden.
Bølgerne er meget små når de når jorden. En af dem der er målt har en værdi på måleudstyret (strain) der måles som 1*10^-21... det er meget småt - man kan også skrive det som 0,000000000000000000001
For at måle noget så småt bruger man lasere der lyser i kilometerlange rør hvor man har pumpet vaakum i. Laseren splittes i to og sendes ud i hvert rør i fase - det vil sige at bølgerne er helt identiske og ligger oveni hinadnen når de kommer tilbage hvis der ikke er gravitationsbølger.
På grund af konstruktiv og destruktiv vil signalet ændre sig når laser strålerne ikke er i fase længere. Derfor kan men måle meget små udsving når de to ét-kilometer lange rør bøjes og strækkes af gravitationsbølgerne.
Måleudstyret kan måle når en fugl på 100gram flyver forbi i 50 meters afstand. det giver en måling på 1*10^-13 cm
Så for at man ikke måler lastbiler, jordskælv, personer der åbner og lukker en dør... ja så har man bygget 5 LIGO anlæg fordel på hele jorden. På den måde kan manudelukke uønskede signaler, men også præcisere hvor i himmelrummet bølgerne kommer fra.
På graferne til venstre sammenlignes bølgerne opfanget af 3 af LIGO anlæggene. Hermed kan man bekræfte at det kommer ude fra rummet, men med matematiske modeller kan man udregne hvad der skal til for at skabe dem.
Billeder af sorte huller
Albert Einsteins nu 100 år gamle relativitetsteorier viste os at sorte huller burde eksisterer ude i rummet, men indtil for nyligt har man ikke kunnet fotograferer fænomenet.
I 2019 lykkedes den endeligt at få billeder af et sort hul, eller det vil sige det omkring et sort hul. For det vi kan se er det materiale der accelererer imod eventhorisonten, hvor intet ikke en gang lys kan slippe tyngdefeltet. (med undtagelse af Hawkings stråling).
Dette sorte hul ligger 55 mio. lysår fra jorden, altså 55.000.000*300.000*60*60*24*365 = 5,2*10^20 km væk.... 520.000.000.000.000.000.000 km! Det ligger i centrum af Mælkevejens nabogalakse M87 også kaldet Virgo A.
Billedet er taget med teleskopet Event Horisont, og er sammensat af kæmpe mængder af data optaget med teleskopet. Billedet er altså dannet ud fra data, og ikke et optisk fotografi som de fleste kender det.
Ser man på billedet oven over kan man se forskel i lysstyrke fra skiven omkring event horisonten. Det skyldes at hastighederne på materialet her er så store at vi nærmer os lysets hasighed. Dermed er det ikke helt ligegyldigt for lysstyrken om lyskilden bævæger sig imod, parralelt eller væk fra os. Ser man på et simmuleret billede, man man også se hvordan lyset bøjes omkring det sorte hul. Faktisk kan man se hvad der ligger bag ved et sort hul, da det virker som en linse.
På billedet herunder kan man se de enkelte dele beskrevet på engelsk. Buen i toppen er faktisk bagsiden af skiven, der optisk ser ud som om den er bøjet op på grund af tyngdekraften, det samme gælder i bunden.
Sorte huller er materiale samlet sammen i så stor en mængde at tyngdekraften gør at intet, heller ikke lys kan undslippe.
Man forventer at vi i midten af vores egen galakse mælkevejen, har et sort hul (Sagittaurus A) med en masse ca. 4.000.000 gange større end vores sol, og at det er dette sorte hul galaksen drejer omkring. Dette sorte hul er dog ret svært at skabe billeder af, da det ligger bag alle stjernene vi kan se her fra udkanten af mælkevejen.
Nu siger man godt nok, at intet kan undslippe et sort hul på grund af den meget store tyngdekraft, men Steven Hawking fremlagde i 1974 en teori der forklare hvordan sorte huller over tid forsvinder, og altså ikke vokser uendeligt. Det Hawking havde regnet sig frem til var at sorte huller faktisk forsvinder da den suppermassive masse "fordamper" som Hawkingstråling eller "blackbody-radiation. Størrelsen på et sort hul har ifølge Hawking og Heisenberg en stor betydning for hvor kraftig strålingen er, og dermed hvor længe et sort hul består. Vil man dybere ind i stoffet bliver det meget hurtigt lidt et sort hul i sig selv, da kvantemekanik og Lorentz geometri er en smule tungt for selv de stærkeste fysiknørder på vores niveau.