Universums struktur

I verkligheten består galaxhopar till 95 % av tomrum. Endast 5 % av en galaxhop är alltså synbar materia och en av de stora gåtorna inom kosmologin idag är varför galaxer är så tätt packade medan det mesta av universum är tomt. Universum är alltså homogent bara över mycket stora områden.

Den största observerade strukturen i universum är "The Great Wall." Den är som en gigantisk vägg av galaxer, 500 miljoner ljusår lång, 200 miljoner ljusår bred och 16 miljoner ljusår tjock. Dess totala massa uppskattas till tio gånger så stor som lokala superhopens massa. Vintergatan befinner sig omkring 260 miljoner ljusår ifrån denna struktur. Universum var extremt homogent från skapelsen, Big Bang, till ett par hundra tusen år efteråt. Det är än så länge en gåta för astronomerna hur universum kunde bli så komplext som det är idag.

En annan fråga man brottas med är vilken struktur som är den karakteristiska för universum. Man brukar tala om tre alternativ: schweizisk ost, köttbullar eller tvättsvamp. Med andra ord, består universum av hålrum avdelade av sammanhängande materia, isolerade klumpar av materia eller ett mellanting med tunna trådar av materia och tomrum? Om vi fick reda på det kunde vi förstå bättre hur universum kom till och utvecklades i det tidiga skedet. Ett annat ämne av intresse är hur stort och gammalt universum är. Universum expanderar med en hastighet nära ljusets. Studier av galaxers spektra visar att ju längre bort galaxer befinner sig desto snabbare avlägsnar de sig från oss (Hubbles lag). Objekt som befinner sig längre bort än en miljard ljusår kan vi i regel inte se. Kvasarer kan vi dock se på ända upp till 13 miljarder ljusårs avstånd (med stora teleskop). Man tror att kvasarer är en sorts aktiva galaxkärnor, förmodligen mycket unga galaxer, och att de har svarta hål som energikällor. Dessa objekt antyder att universum är åtminstone 13 miljarder ljusår i diameter. Om vi antar att det expanderar med ljusets hastighet och alltid har gjort det så är det alltså minst 13 miljarder år gammalt.

Detta är en skiss av strukturen hos den lokala superhopen. De gröna klumparna representerar den synliga materian, d.v.s. galaxer och galaxhopar som vi kan se med teleskop. Vi befinner oss i bildens centrum. Frågan är om universum har en "köttbullsstruktur" eller inte.

Det finns olika sätt att uppskatta universums ålder, bl.a. att studera enstaka stjärnor. Då kan man komma upp i åldrar på 15 miljarder år. Men detta är en tvistefråga mellan olika teoretiker - olika studier ger olika gränser för lägsta respektive högsta möjliga ålder för universum, och allvarliga motsägelser har uppstått. Med det ovan nämnda värdet på Hubbles konstant får vi t.ex. maximalt ett 12 miljarder år gammalt universum medan vi som sagt har 15 miljarder år gamla stjärnor i Vintergatan. Alltså har vi här ytterligare ett kosmologins mysterium.