Institutionen för fysik och astronomi

Hur rör sig materia vid en explosion?

2018-01-17

Jag har som funderat över universums ökande expansion. Från Big Bang till nu har materian ökat i hastighet, och fortsätter att öka. Hur ser detta ut om man ser till andra explosioner. T.ex. en smällare. Ser man till en explosion så måste ju materian mycket snabbt accelerera i början. Hur rör sig materia vid en explosion? Hur länge fortsätter materian att accelerera innan den istället övergår till att minska i hastighet. Om man tänker sig i vakuum fast det blir ju svårt eftersom materian fortsätter i konstant hastighet när den nått topphastighet. Om man räknar med gravitation. En exploderande planet? Mer massa och större explosion kanske accelererar en längre tid innan den inte accelererar längre?

Frågan ställdes 2018-01-17 av Jonas, 27 år.

Universums expansionsegenskaper skiljer sig en hel del från vad vi ser i t.ex. en krutexplosion. För det första exploderar krutet i ett (vanligen luftfyllt) rum som inte ändrar egenskaper. Medan krutet kortvarigt ”brinner” (på en liten bråkdel av en sekund, jag har inte hittat några exakta tidsangivelser) accelereras gasen som bildas i förbränningen till långt över ljudhastigheten och eventuella fasta beståndsdelar accelereras i sin tur kraftigt av gasen för att därefter bromsas av luftmotståndet. Då startas också en ljudvåg som sprider sig med ”ljudets hastighet” åt alla håll - själva accelerationsfasen är väldigt kort. Precis som du säger tar det längre tid för en större krutladdning att explodera/accelerera än för en mindre.

I vakuum finns inget luftmotstånd och ljudvågor kan inte fortplantas. Där förblir expansionshastigheten maximal. Detta kan vi se i supernovarester som t.ex. Krabbnebulosan där emellertid den extremt tunna gas som ändå finns mellan stjärnorna nu efter 1000 år svagt bromsar gasflödet, hettas upp och lyser. Planeter exploderar inte, och gravitationskrafterna spelar en försumbar roll i en krutexplosion (dock kommer förstås eventuella fasta föremål som kastas iväg att landa på marken så småningom).

I Big Bang tänker sig teoretikerna en (otroligt kortvarig) expansion som inte alls liknar en krutexplosion men som startade expansionen av Universum. Här är det själva rummet som expanderar. Egenskaperna är desamma överallt så det finns inget centrum för expansionen. Oavsett position ”ser” det lika dant ut åt alla håll. (Man tänker sig alltså inte en explosion på en plats i ett stort tomrum.) Gravitationskrafterna mellan alla materiepartiklar i Universum har alltid en bromsande effekt på expansionen och till att börja med minskade expansionstakten, men efter 7-8 miljarder år så gjorde sig en ännu okänd mekanism (som nu kallas ”mörk energi”) gällande som motverkar gravitationens attraktiva kraft. Därför tycker vi oss nu observera en ånyo accelererande expansion. Det debatteras friskt om hur detta kommer att sluta.

Det bör tilläggas att det är mycket oklart vad som orsakar den ökande expansionstakten och det pågår olika försök att finna förklaringar till vad vi ser. Någon gång ibland kommer nya insikter eller observationer som tvingar oss att ta ett steg tillbaka och börja fundera i nya banor. Detta var just vad som skedde när den accelererande expansionstakten upptäcktes.

Frågan besvarades av Bengt Edvardsson, universitetslektor och Martin Sahlén​, forskare vid avdelningen astronomi och rymdfysik, institutionen för fysik och astronomi.