Nú mun þig svima! Þyngdarlinsur eru ógnarstór gleraugu alheimsins...

 

Hafi einhvern sundlað við lestur pistilsins um Andromedu stjörnuþokunu þar sem líklega eru um 400.000.000.000 sólir  og fundið til smæðar sinnar, þá ætti hinn sami að spenna beltin áður en lengra er lesið .

Í þessum pistli ætlum við að skoða örlítið brot úr alheiminum og nota ótrúlegt fyrirbæri til að skyggnast milljarða ára aftur í tímann, og jafnvel virða fyrir okkur stjörnuþokur eða vetrarbrautir sem eru bakvið aðrar slíkar.  Við ætlum ekki að nota eiginlega tímavél, heldur ógnarstóran sjónauka sjálfrar náttúrunnar. Hann er svo stór, að jafnvel Andromeda væri varla stærri en ein lítil skrúfa í slíkum grip. Fyrirbærið kallast þyngdarlinsa og sést greinilega á myndinni hér fyrir ofan.  Þessi þyrping vetrarbrauta á myndinni kallast Abell 2218 og er í Drekamekinu og er í um tveggja milljarða ljósára fjarlægð. Ljósið er 2.000.000.000 ár á leiðinni til okkar, en við ætlum samt að skyggnast miklu lengra með hjálp þyngdarlinsunnar sem þyngdarsvið vetrarbrautaþyrpingarinnar miklu, og ekki síður hulduefnisins sem þar virðist vera gnótt af, veldur.

Á myndinni hér fyrir ofan má sjá aragrúa stjörnuþoka eða vetrarbrauta, þar sem hver um sig inniheldur milljarða sólna. Þetta eru sem sagt ekki fáeinar stjörnur sem við sjáum á myndinni, heldur þúsundir milljarða stjarna. Þetta er samt ekki nema örlítið brot af stjörnuhimninum, en myndin var tekin með því að láta Hubble sjónaukann sem er á braut umhverfis jörðu stara tímunum saman á örlítið brot á svörtum himninum þar sem engar stjörnur byrgja sýn.  Á þessari mynd eru sem sagt engar stjörnur sem við sjáum á himninum, og ekki heldur stjörnur sem sjást í bestu sjónaukum, heldur heilu stjörnuþokurnar eða vetrarbrautirnar. Örlítð brot af alheiminum, en samt ógnarstórt.

Hvar er svo þyngdarlinsan? 

Umhverfis bjarta fyrirbærið sjáum við víða bogadregnar línur. Þetta eru eins og brot úr hringferlum með sameiginlega miðju. Þetta má sjá vítt og breitt um alla myndina, en miðja hringsins er dularfulla bjarta fyrirbærið vinstra megin. Þessar bogadregnu línur eru ekki þyngdarlinsan sjálf, því hún er ósýnileg eða gegnsæ eins og linsur eiga að vera. Hvað í ósköpunum er er þetta þá? Svarið er stjörnuþokur eða vetrarbrautir sem eru bak við bjarta fyrirbærið og náttúrulegi sjónaukinn birtir okkur.   Við sjáum því eiginlega í gegn um þetta bjarta fyrirbæri, því ljósið frá þessum fjarlægu stjörnuþokum sveigir fram hjá því, - í stað þess að fara eftir beinni línu !!!

Öll höfum við séð fjarlægar byggingar, hóla og fjöll, rísa upp fyrir sjóndeildarhringinn á heitum sumardögum þegar við sjáum ýmislegt í hyllingum. Við vitum öll hvernig ljósið brotnar á leiðinni til okkar þannig að við sjáum sumt sem yfirleitt er hulið sjónum. Að nokkru leyti svipað því sem við erum að skoða, þ.e. þyngdarlinsur, en samt gjörólíkt.

Skoðum nú myndina hér fyrir neðan. Þar sjáum við hvernig svona þyngdarlinsa virkar. Við sjáum hvernig hinn gríðarmikli efnismassi, sem er milli jarðar og ns fjarlæga fyrirbæris, sveigir ljósið þannig að það fer í sveig framhjá hindruninni. Nánar hér. Myndin er þó arfavitlaus að einu leyti. Jörðin er auðvitað sýnd allt of stór, en þetta er jú bara skýringarmynd.

 

Tímavélin?

Við getum ekki sagt skilið við þyngdarlinsurnar án þess að nota tækifærið til að skyggnast óralangt aftur í tímann. Langleiðina að sköpun alheimsins!

Áður en við leggjum af stað þurfum við að læra smávegis til að skilja hvað er á seyði.

Á efstu myndinni sjáum við að sumar stjörnuþokurnar eru rauðlitar. Hvernig stendur á því?

Margir hafa veitt því athygli að hljóð flugvélar eru ekki þau sömu þegar hún nálgast okkur og þegar hún fjarlægist. Um leið og hún flýgur yfir höfði okkat breytist hljóðið. Tónninn lækkar. Ástæðan fyrir þessu eru svonefnd Doppler-hrif, en góð skýring á þeim eru hér á Vísindavefnum.

Heimurinn er allur að þenjast út. Þannig hefur það verið allt frá dögum miklahvells fyrir 13,7 milljörðum ára. Vetrarbrautir, eða önnur fyrirbæri, fjarlægjast hverja aðra með hraða sem vex með fjarlægðinni. Eftir því sem fjarlægðin er meiri frá okkur fjarlægist vetrarbrautin hraðar. Doppler hrifin gera það að verkum að tíðni ljóssins frá fjarlægu vetrarbrautinni lækkar. Mjög fjarlægar stjörnuþokur eða  vetrarbrautir verða gulleitar, ennþá fjarlægari appelsínugular og ógnarfjarlægar rauðleitar. Þess vegna kallast fyrirbærið rauðvik. Út frá rauðvikinu getum við metið fjarlægð, hraða og aldur fyrirbærisins. Á ensku kallast það redshift. Sjá greinina "Litbrigði og þróun vetrarbrautaþyrpinga"  hér.

Jæja, nú skulum við skoða myndina hér fyrir neðan, sem einnig er af Abell 2218 þyrpingunni. Á tveim stöðum hafa rauðleit fyrirbæri verið afmörkuð.  Hvað skyldi þetta vera? Jú þetta er fjarlægasta fyrirbæri alheimsins sem vitað er um. Það er svo langt í burtu að ljósið lagði af stað fyrir 13 milljörðum ára. Nú er alheimurinn 13,7 milljarða ára gamall, þannig að fyrirbærið var aðeins 700 milljón ára þegar ljósið lagði af stað. Sjá hér. 

 

Við höfum nú ferðast nærri endimörkum alheimsins og erum komin heil á húfi til baka. Við höfum kynnst nokkrum af undrum veraldar og skynjum ef til vill betur stöðu okkar í alheimi. Heimurinn er ekki lengur óendanlega stór... 

Í fyrirsögninni kölluðum við þyngdarlinsur gleraugu alheimsins. Við gætum í hálfkæringi alveg eins kallað þau gleraugu Einsteins,  því í almennu afstæðiskenningunni sagði hann þegar árið 1916 fyrir um það hvernig efnismikill hlutur sveigir tímarúmið þannig að ljósið fer ekki eftir beinni línu fram hjá honum.

 

Þyngdarlinsur eru magnað fyrirbæri.

Nú er það spurning dagsins:
Sundlar fleiri en mig við svona ferðalag um tíma og rúm?

  --- --- ---

 

 Ítarefni:

 Bókin Nútíma stjörnufræði - frá sólkerfinu okkar til vetrarbrauta og endimarka alheimsins eftir Vilhelm S Sigmundsson kom út árið 2007.

"Leyndardómar himingeimsins í máli og myndum, allt frá reikistjörnum sólkerfisins til hvítra dverga, svarthola, vetrarbrauta og endimarka alheimsins. Fjallað er á aðgengilegan en ítarlegan hátt um nútíma stjarnvísindi og möguleika á lífi í alheimi".

Frábær bók!

Athugasemdir

[Georg P Sveinbjörnsson, 11.3.2008 kl. 11:58]

Takk fyrir frábæra grein...og mann sundlaði vissulega aðeins.

[Sigurður Þór Guðjónsson, 11.3.2008 kl. 18:47]

Tek undir orðin um bókina Nútímastjörnufræði sem er reyndar ekki mjög lipurlega rituð.

[Rúna Guðfinnsdóttir, 11.3.2008 kl. 19:09]

Ágúst H Bjarnason!!!!! Þetta er talsvert of mikið fyrir minn truflaða framheila Ég þoli ekki of mikið hugarfug..........................................

[Emil Hannes Valgeirsson, 11.3.2008 kl. 20:39]

Þetta er magnað, stundum ef mann svimar þá sér maður stjörnur, núna sér maður heilu stjörnuþokurnar!

Annars er eitthvað verið að tala um að alheimurinn gæti verið eldri en 13,7 milljarða ára eins og lengi hefur verið talið. Hér er smá grein um að hann gæti jafnvel verið 18 milljarða ára: http://www.sciencealert.com.au/news/20082901-16828.html

[Ágúst H Bjarnason, 11.3.2008 kl. 20:53]

Emil. Takk fyrir þessa ábendingu. Þetta er orðið ennþá flóknara, því skv. Wiltshire fer það eftir því hvar maður er staddur hvað alheimurinn er gamall. Ef maður er staddur í vetrarbraut þá virðist hann 14,7 milljarða ára, en sé maður staddur í tómarúminu milli vetrarbrautaklumpa þá virðist aldurinn 18 milljarða ára!

[Halldór Jónsson, 11.3.2008 kl. 21:54]

Manni var nú sagt frá himnaríki í kristnifræðinni í gamla daga og milljónir manna trúa að lýsingar biflíunnar á því séu réttar. Örn Arnarson sá Stjána bláa  fyrir sér, sigla hvassan beitivind,  austur af sól og suður af mána, sýður á keipum himinlind. Aðrir þrættu um það á lærðum bókum hvort étinn væri litliskattur í himnaríki.

Þarna sér maður þá örugglega alla leið til himnaríkis eða hvað ? Það getur ekki verið mikið lengra þangað en 700 milljón ljósár. Kannske að páfinn eða Jón Valur geti staðsett þetta eitthvað nákvæmar fyrir okkur. Líklega er Gullnahliðið gert úr þessu hulduefni, sem gaman væri að þú myndir blogga meira um.

Þetta er dásamleg tilhugsun að maðurinn skuli vera hluti af þessu furðuverki öllu saman. Hver þarf að óttast dauðann eftir að fá þessar sýnir og vitneskju  inní sálina ? Erum við ekki stolt af manninum, þessu örsmáa ófullkomna rykkornskvikindi,  að hann skuli vita um þetta allt og sjá ?  Skuli geta smíðað kenningar um svona stór fyrirbæri. Ég er eiginlega mest gáttaður á hverju hinir bestu mannsheilar hafa  getað áorkað. Og hversu ömurlegt svartnættið í mannheimi er líka útbreitt.

Þegar maður les bækurnar hans afa okkar Gústi frændi, þá hljótum við að viðurkenna að mannkyninu hefur miðað áfram, þrátt fyrir alla vitleysuna. Svei mér þá ef þú ert ekki orðinn "alþýðufræðari " eins og hann var kallaður á sinni tíð.

Haltu endilega áfram að fræða okkur.  

[Brjánn Guðjónsson, 11.3.2008 kl. 22:46]

Ég hef oft kíkt á pistlana þína, hvort heldur er um manngerð flygildi eða þessi stærri og fjarlægari flygildi, hvers framleiðandi er á huldu.

Þetta eru skemmtilega framsettir og fræðandi pistlar hjá þér. Alveg klæðskeraskornir fyrir okkur alþýðufólkið.

Því tek ég heilshugar undir titilinn 'alþýðufræðari'

Takk fyrir mig.

[Ásgeir Kristinn Lárusson, 11.3.2008 kl. 23:25]

Mér varð hugsað til afa míns, Ásgeirs Magnússonar,kenndan við Ægissíðu, en hann gaf út alþýðlegt fræðirit um miðjan þriðja áratug síðustu aldar, sem hét -Vetrarbrautin-. Hann var fæddur 1886 og dó í ágúst, 1969, stuttu eftir Tungllendinguna...;)

[Þorvaldur Ágústsson (IP-tala skráð) 11.3.2008 kl. 23:28]

 Sðll Ágúst

 Sannarlega sundlar mann við að lesa um þessar óravíddir geimsins þar sem vegalengdir eru mældar í milljörðum ljósára en sennilega er til enn hraðfleygara fyrirbæri en ljósið en það er hugarorkan en það hefur lítið verið rannsakað. Mér kom í hug vegna orða Halldórs um himnaríki, kenning dr. Helga Péturss en hann taldi að við andlát tæki lífsorkan eða sálin ef menn vilja kalla það svo á sig nýjan líkama á annari plánetu einhverstaðar í geimnum. Hann taldi líkamalausan andaheim óhugsandi og í mótsögn við náttúrulögmálin. Hann mótaði líka kenningu um það sem hann kallaði lífsamband milli hnatta með hugsanaflutningi eða hugskeytum sem færu á milli sólkerfa samstundis óháð fjarlægðum. Satt að segja finnst mér það ekkert ótrúlegra en ýmsar kenningar nútíma vísindamanna.

     Kveðja.   Þorvaldur Ágústsson

      p.s.   Ég náði í APOD forritið eftir leiðbeiningum þínum og fæ mynd dagsins á skjáinn. Þökk fyrir. 

[Brjánn Guðjónsson, 12.3.2008 kl. 02:04]

Orð Þorvaldar rifja upp gamla pælingu.

Einstein telur að ljóshraðinn sé hinn endanlegi mesti hraði. Kannski er ég þeirra gæfu aðnjótandi að hafa ekki numið nákvæmlega þau fræði. Þess vegna 'má' ég hugsa út fyrir kssann. Þrátt fyrir að menn séu ekki á eitt sáttir (leiðréttið mig endilega) um hvað það er (efni?!?) sem leiðir ljós (ljósvaki?) virðist ljósið vera afar bundið efninu. Þyngdaraflið sveigir það allavega. En ég hef aldrei almennilega skilið eða geta gúdderað að ljóshraðinn sé endilega hinn endanlega mesti. Hvað segir að svo sé (annað en Einstein). Ljósið er hraðasta efnislega fyribærið sem þekkist. Já, efnislega. Þar sem ljósið sveigist undan þyngdarafli, hlýtur það að lúta efnislegum lögmálum.

Bara pælingar

[Haukur Nikulásson, 12.3.2008 kl. 09:48]

Takk fyrir skemmtilegan og vandaðan pistil Gústi. Þú rifjar upp þá daga þegar maður lá á bakinu sem strákur 10-12 ára og horfði til himins og hugleiddi óendanleika himingeimsins. Þá sundlaði manni verulega og ég er viss um að öllum sundli meira og minna í fyrsta skipti þegar farið er í alvöru þanka um stærð alheimsins.

[Ágúst H Bjarnason, 12.3.2008 kl. 10:02]

Halldór. Takk fyrir skemmtilegar pælingar. Mér kom það oft í hug þegar ég var að skrifa pistilinn hve ótrúlega langt mannsandinn hefur náð á undraskömmum tíma. Því miður þá held ég að fæstir geri sér grein fyrir því, enda ekki von þar sem nánast aldrei er fjallað um þessi mál í fjölmiðlum þar sem stjörnuspeki er gert hærra undir höfði en stjörnufræði. Það er mikil synd því við lifum á spennandi tímum.  Það er ótrúlegt hve agnarsmár maður er sjálfur og undarlegt að maður skuli einmitt vera til hér og nú.

[Ágúst H Bjarnason, 12.3.2008 kl. 10:07]

Ásgeir, takk fyrir þessar upplýsingar um fræðiritið "Vetrarbrautina" sem afi þinn Ásgeir Magnússon frá Ægissíðu gaf út.

[Ágúst H Bjarnason, 12.3.2008 kl. 10:14]

Þorvaldur. Svo má líka velta fyrir sér hvaða hugmynd forfeður okkar gerðu sér um tómið mikla fyrir miklahvell, sbr. Völuspá.

Ár var alda,
það er ekki var,
var-a sandur né sær
né svalar unnir;
jörð fannst æva
né upphiminn,
gap var ginnunga
en gras hvergi,


Sól varp sunnan,
sinni mána,
hendi inni hægri
um himinjöður;
sól það né vissi
hvar hún sali átti,
stjörnur það né vissu
hvar þær staði áttu,
máni það né vissi
hvað hann megins átti.

[Ágúst H Bjarnason, 12.3.2008 kl. 10:36]

Þorvaldur og Brjánn. Þið eruð að velta fyrir ykkur einhverju sem getur farið hraðar en ljósið. Eina sem mér dettur í hug er svokallaður fasahraði. Sjá hér.  Vandamálið er að erfitt er að flytja upplýsingar (data) á þennan hátt. Svo eru vangaveltur um málið t.d.  hér   "Is Faster Than Light Travel or Communication Possible?"   Það sakar engan að velta þessum hlutum fyrir sér. Hægt að finna ýmislegt um málið með því að Googla phase velocity light .

[Ágúst H Bjarnason, 12.3.2008 kl. 10:41]

Haukur. Maður þreytist aldrei á þessum pælingum þó maður sé orðinn rúmlega 12 ára

[Ásgeir Kristinn Lárusson, 12.3.2008 kl. 19:33]

Í þessu samhengi öllu verður áhugavert að fygjast með þessu...

[Þorvaldur Ágústsson (IP-tala skráð) 12.3.2008 kl. 22:53]

  Ágúst,  í þessum geimvísindapælingum er gaman að minnast þess að um aldamótin 1100 var Íslendingur einhver færasti stjörnufræðingur í Evrópu,en það var Stjörnu-Oddi Helgason, sem gerði merkar athuganir á sólarhæð og dögun og dagsetri. Hann er talinn hafa haft meiri og betri þekkingu á sólargangi en samtíðarmenn hans. þótt rannsóknir hans nýttust ekki vegna einangrunar hans hér á Íslandi. Kv. þorvaldur Ágústsson.

[Halldór Egill Guðnason, 13.3.2008 kl. 00:24]

Þegar ég les eitthvað reyni ég yfirleitt að koma mér á stað frásagnarinnar í huganum. Þessir pistlar þínir gera það hins vegar ómögulegt, en mikið lifandis skelfing er gaman að lesa þetta og reyna af veikum mætti að gera sér grein fyrir stærðum, fjarlægðum og óendanlega löngum tíma. Takk kærlega fyrir fróðlega og góða pistla.

[Ágúst H Bjarnason, 13.3.2008 kl. 22:42]

Þorvaldur. Ég held að fornmenn hafi haft furðugóða hugmynd um himingeiminn. Þessi tvö erindi úr Völuspá finnst mér vera til marks um það.

[Ásdís Sigurðardóttir, 13.3.2008 kl. 22:42]

Mig meira en sundlar, elska þessa tilfinningu sem kemur yfir mig þegar ég skoða og spái í þessar stærðir. Þetta er frábær pistill.  Ég kíki núna daglega á Astronomy picture of the day,  takk fyrir alla þessa fræðslu sem þú færir mér með þínum skemmtilegu pistlum kæri Ágúst.

[Ágúst H Bjarnason, 13.3.2008 kl. 22:44]

Takk fyrir Halldór Egill. Það er auðvitað lífsins ómögulegt að skilja þessar fjarlægðir, stærðir og ógnarlanga tíma. Það er samt eitthvað heillandi við að reyna það.

[Ágúst H Bjarnason, 13.3.2008 kl. 22:47]

Takk fyrir takkið Ásdís, ef ég má orða það þannig .  Gaman að þú skulir njóta þess að skoða APOD síðuna. Ég læt hana birtast sjálfvirkt hjá mér á "desktop".

[Halldór Jónsson, 14.3.2008 kl. 03:40]

Ég hlustaði á fyrirlestur einhverrar háskólakonu, hverrar nafn ég man ekki í augnablikinu. Þetta var á hljómleikum Megasar á páskum í Skálholtskirkju árið ...? 'I fyrirlestri hennar kom fram, að séra Hallgrímur vissi um það sem síðar hefur verið kallað "Einstein effektið" , þ.e. að ljósið beygir í þyngdarsviði. Fyrir sr. Hallgrími virtust þetta vera velþekktar staðreyndir úr stjörnufræði hans samtíma.

Vissu menn þetta allt fyrr en Einstein færði þetta í búning ? 

[Þorvaldur Ágústsson (IP-tala skráð) 14.3.2008 kl. 23:36]

Halldór, geri ráð fyrir að séra Hallgrímur sé Pétursson passíusálmaskáld en kom fram í fyrirlestri konunnar hvaðan hún hafði heimildir fyrir þessari þekkingu Hallgríms? Í þeim upplýsingum, sem mér eru tiltækar um Hallgrím er hvergi getið um kunnáttu hans í stjörnufræði eða öðrum vísindagreinum. Hinsvegar var Guðbrandur Þorláksson byskup á Hólum og Pétur faðir Hallgríms bræðrasynir en Guðbrandur var áhugamaður um stjörnufræði og stærðfræði og einnig landmælingar. Hafi Hallgrímur þekkt eitthvað inn á þessi fræði þá hefur hann ef til vill numið af frænda sínum. Einnig var Hallgrímur mjög handgenginn Brynjólfi Sveinssyni byskupi, sem var hámenntaður þótt hans sé hvergi getið sem kunnáttumanns í náttúruvísindum. Fróðlegt væri að vita í hvaða ritum er getið um þessa þekkingu Hallgríms.

      Kv. Þorvaldur Ágústsson.