Az Ősrobbanás túlélte a próbát<br/>

Újabb, igen erős bizonyítékkal izmosodott a Big Bang elmélet, miután egy nemzetközi csillagászcsoport első ízben határozta meg a fiatal Univerzumra jellemző kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hőmérsékletét.

A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás: perdöntő bizonyíték az Ősrobbanás mellett

A jelenleg széles körben elfogadott elmélet szerint az Univerzum története egy végtelenül sűrű és forró, mai léptékkel mérve parányi "valami" tágulásával vette kezdetét. Ezt az eseményt nevezik Ősrobbanásnak (Big Bang elmélet). A tágulás során az Univerzum hőmérséklete fokozatosan csökkent, s megszülettek az anyag alapvető építőkockái: elektronok, protonok és neutronok. A harmadik perc végére már atommagok is jelen voltak. Az Univerzum azonban még igen hosszú ideig rendkívül forró és sűrű lehetett, olyannyira sűrű, hogy még mindig nem volt "átlátszó", vagyis anyag és energia egymással összefüggő, tömör elegyet képezett.

Körülbelül 300 000 évvel a kezdeti esemény után döntő változás állt be. A hőmérséklet ekkor már csak néhány ezer kelvin lehetett, így az atommagok protonjai már befoghatták a szabad elektronokat (a sugárzás energiája már nem volt elegendő a szétválasztásukra). A szabad elektronok zöme így felemésztődött, s az energiát hordozó fotonok számára megnyílt a lehetőség, hogy az elektronokkal való összeütközés és az elnyelődés veszélye nélkül hatalmas távolságokra jussanak el. A sugárzás így leválhatott az anyagról: a Világegyetem "átlátszóvá" vált.

Ez a sugárzás akkoriban még igen forró volt, mára azonban a tágulás miatt jelentősen lehűlt: mindössze 2,7 K hőmérsékletű. Ez az úgynevezett kozmikus mikrohullámú háttér- vagy maradványsugárzás. Előbbi elnevezését az indokolja, hogy minden irányból egyformán fogható a mikrohullámú tartományban, mindenféle égi objektumtól függetlenül. Az utóbbi név pedig a robbanás után 300 000 évvel bekövetkezett döntő változás emlékére utal.

Új eredmények: a háttérsugárzás vizsgálata a fiatal Univerzumban

A háttérsugárzás a legjelentőebb bizonyíték az Őrobbanás mellett; létezését a Big Bang elmélet már előre megjósolta. Az elmúlt évtizedben tovább finomították vizsgálatát, s a benne megtalált parányi ingadozások jól magyarázzák a galaxishalmazok kialakulásának legelfogadottabb elméleteit. Egy ennél jóval egyszerűbb dolog azonban nem hagyhatta nyugodni a csillagászokat. Mi van, ha a háttérsugárzás tulajdonságai csak a Föld környezetében érvényesek? Hiszen minden mérés földi telepítésű műszerekkel, illetve a Föld körül keringő műholdakról készült. Vajon valóban igaz-e, hogy távoli objektumoknál magasabb hőmérsékletű, ahogyan azt az elmélet szerint várjuk? Gondoljunk bele: ennek azért kell így lennie, mert minél távolabbi égitest fényét vizsgáljuk, annál többet utazunk vissza az időben. Pontosan annyi időt, amennyi az égitest fényének kellett ahhoz, hogy hozzánk elérkezzen. Ha pedig visszafelé utazunk az időben, akkor a Big Bang elmélet alapján egy kisebb, sűrűbb és melegebb Univerzumot várunk, magasabb hőmérsékletű háttérsugárzással.

Egy nemzetközi csillagászcsoport most minden eddiginél precízebb méréseket végezhetett az Európai Déli Obszervatórium VLT-rendszerének (Very Large Telescope) egyik 8,2 méter átmérőjű távcsövével. Egy távoli kvazár fényét elemezték (optikai- és UV-színképelemzés), amely útban a Föld felé részben elnyelődött egy gázfelhőben akkor, amikor az Univerzum kora csak egyhatoda volt a maiénak.

A gázfelhőt alkotó atomok, ionok és molekulák a kvazár fényének egyes hullámhosszait energiaszintjük függvényében képesek elnyelni. A kutatók a kvazár fényének elemezése alapján megállapították, hogy a gázfelhő szénatomjainak egy része nem a normális, legalacsonyabb szintű energiaállapotban tartózkodik, hanem egy kissé "felajzott", "gerjesztett" állapot jellemzi. Kiderült, hogy a két energiaszint közötti különbség összeegyeztethető azzal a hőmérsékleti értékkel, amit a Big Bang elmélet jósol a gázfelhő távolságában lévő háttérsugárzás esetére.

A kutatók számos más anyag gerjesztettségi állapotát is megvizsgálták a gázfelhőben, s ezek alapján vonták le következtetésüket: a felhő egy 6-14 kelvin hőmérsékletű sugárzási környezetben tartózkodik. Ez pedig igen jó eredmény, mivel a Big Bang elmélet 9,1 kelvines hőmérsékletet jósol a gázfelhő távolságában a háttérsugárzásra (a konkrét távolság körülbelül 12 milliárd fényév).

A távoli kvazárok fényének színképelemzésére alapuló hőmérsékleti mérések ötlete már több mint 30 évvel ezelőtt felmerült. A korábbi, gyengébb teljesítőképességű távcsövek és műszerek azonban nem voltak megfelelőek a mostanihoz fogható pontosságú mérések elvégzésére. Nem tudták ugyanis szétválasztani azokat az okokat, amelyek az anyagok gerjesztettségi állapotát előidézhetik. Egy-egy atom ugyanis nem csak a háttérsugárzástól, hanem más atomokkal vagy részecskékkel való összeütközés miatt, vagy a közeli csillagok UV-sugárzása miatt is magasabb energiaállapotba kerülhet. A korábbi mérések éppen ezért csak felső határértéket tudtak megállapítani a háttérsugárzás hőmérsékletére. A minden korábbinál részletesebb színkép segítségével most sorra sikerült azonosítani a gerjesztő folyamatokat, s a "maradék" energia magyarázható a 6-14 kelvin hőmérsékletű háttérsugárzási környezettel.

Az Ősrobbanás elmélete egy igen kemény teszten van túl, igen jó eredménnyel. Ez az első eredmény, amely egyértelműen bizonyította a Big Bang elmélet ilyen jellegű jóslatait. A jövőben még számos hasonló mérést fognak elvégezni a csillagászok, különböző távolságokban - tehát az Univerzum különböző életkoraiban - és különböző irányokban, hogy a háttérsugárzás egységességét bizonyítsák.

S. T.

Ajánló:

Az eredeti sajtóanyag az ESO honlapján.

Korábban:

2000. július 28. Két amerikai kutatócsoport egymástól függetlenül ugyanarra a következtetésre jutott: az Univerzumban lévő anyag sűrűsége közel esik az ún. kritikus értékhez. A tudósok ennek ellenére továbbra sem tudják eldönteni, van-e a Világegyetemben elég anyag ahhoz, hogy megálljon a tágulás, s a kozmikus történelem egy visszafele lezajló Ősrobbanásban, a Nagy Reccsben érjen véget.