Forskningspresentation
Erik Elfgren,
dotorand vid Luleå tekniska universitet och den nationella forskarskolan i rymdfysik
elf@ltu.se
Tel. 0920-134 06
Introduktion
I korthet kan man säga att mitt forskningsområde är universums skapelse och utveckling.
Universum skapades som bekant för ungefär 15 miljarder år sedan, i och med Big Bang, varefter galaxer,
stjärnor, och planeter bildades. Universum har expanderat sedan Big Bang och det fortsätter att expandera
ännu idag.
I min forskning jobbar jag med frågor som:
Hur kan galaxer ha bildats?
Vad hände mellan Big Bang och galaxernas skapelse?
Hur snabbt expanderar universum?
Ändras expansionshastigheten?
För att kunna svara på dessa frågor studerar jag ett fenomen som uppstod när universum var mycket ungt,
bara några hundratusen år gammalt. Fenomenet kallas för den kosmiska mikrovågsbakgrunden och
upptäcktes, av en slump, 1964 av två forskare på Bell Laboratories (Penzias och Wilson). Upptäckten var
då av revolutionerande betydelse eftersom den bekräftade Big Bang-teorin.
Men vad är då den kosmiska mikrovågsbakgrunden och vad har den att göra med universums skapelse och
utveckling?
Den kosmiska mikrovågsbakgrunden
Den kosmiska mikrovågsbakgrunden är strålning med mycket låg energi, motsvarande en temperatur på ca 2.7 K, nära den absoluta nollpunkten. Strålningens temperatur är nästan identisk i alla riktningar och den
finns överallt i universum. Strålningen har lite energi och därför kallas den mikrovågsbakgrund
(mikrovågor har låg energi*, mycket lägre än t. ex. synligt ljus). Att den kallas bakgrund beror på att den
ligger i bakgrunden i hela universum.
Figur 1: Det elektromagnteiska spektrumet. Mikrovågorna är lite till vänster.
* Varje stråle i en mikrovågsugn innehåller väldigt lite energi, men det är väldigt många strålar och nästan all energi går in
i maten, till skillnad från en platta där mycket värme går förlorad.
Figur 2: Variationer (på 0.01%) i den kosmiska
mikrovågsbakgrunden.
Figur 3: CMB spektrum med inverkan från parametrar.
Den kosmiska mikrovågsbakgrunden ser alltså nästan likadan ut i alla riktningar, men det finns trots allt
små variationer, i storleksordningen 0.01%. Eftersom strålningen ger oss en bild av hur universum såg ut
när det bara var ett par hundratusen år gammalt så är det precis de här variationerna som ger upphov till
galaxer där stjärnor och planeter sedan har kunnat bildas.
Den kosmiska mikrovågsbakgrunden talar alltså om hur universum såg ut vid ca hundratusen års ålder.
Genom att studera den noggrant kan man därmed också räkna ut hur universum såg ut innan, det vill säga
universums tidigaste historia, kanske till och med universums skapelse.
Min forskning
Jag kommer att studera en effekt som kommer att påverka den kosmiska mikrovågsbakgrunden på dess
väg genom universum. Eftersom den har färdats nästan 15 miljarder ljusår så har den också passerat en hel
del materia på vägen. Denna materia kommer att medföra små förändringar i temperaturen. Strålningen
kommer att ”studsa” mot elektroner, vilket ändrar dess energi lite grann.
Figur 4: Strålningen (γ) ”studsar” mot en elektron (e)
och dess temperatur förändras lite.
Skillnaden är liten, men den är mätbar och måste beaktas för att man ska kunna dra några slutsatser om
den kosmiska mikrovågsbakgrunden. Den här variationen kallas Sunyaev-Zeldovich-effekten och det är
den jag forskar på.
Sammanfattning
Det som är facinerande med den kosmiska mikrovågsbakgrunden är att den direkt speglar hur universum
såg ut för ca 15 miljarder år sedan, i universums barndom. Dessutom är den kosmiska
mikrovågsbakgrunden en bro mellan Big Bang och galaxformationen som ägde rum lite senare.
