A legnagyobb térkép a láthatatlan anyagról

Elkészült a jelenlegi legnagyobb térkép, amely a Világegyetem anyagának zömét kitevő láthatatlan tömeg eloszlását mutatja. Az általunk is megfigyelhető galaxishalmazok ott csoportosulnak, ahol a legtöbb láthatatlan tömeg koncentrálódik.

Egy városról készült éjszakai felvételen nem a nagy házak, hanem az apró lámpák látszanak, és hasonló a helyzet a Világegyetem feltérképezésénél is: a világító objektumok (csillagok, forró gáz- és plazmafelhők) az Univerzum összes tömegének kisebb részét jelzik, és csak a jéghegy csúcsát jelentik. A nagyobb hányad közvetlenül nem észlelhető: a láthatatlan tömeg vagy sötét anyag jelenlétét csak közvetett gravitációs hatása révén lehet kimutatni.

A COSMOS (Cosmic Evolution Survey) nevű felmérés egy kiterjedt kutatóprogram, amelynek keretében elsősorban a Hubble-űrteleszkóp (HST) mérési adatait használják fel. A munka során a HST sok eltérő vöröseltolódású, így eltérő távolságú célpontjáról készült megfigyelést elemeztek azzal a céllal, hogy minél pontosabban feltérképezzék a láthatatlan tömeg térbeli eloszlását.

Richard Massey (CALTECH) vezetésével összesen 70 szakember dolgozott a programon. A HST adatait az ESO VLT rendszerével nyert színképekkel, valamint a japán Subaru és a kanadai-francia-hawaii teleszkóp több színtartományban végzett méréseivel is kiegészítették. Emellett az XMM-Newton röntgenteleszkóp adatait is segítségül hívták, amellyel a galaxishalmazokban lévő forró plazma eloszlását tanulmányozták. Mindezeken túl "természetes távcsövekként" a gravitációslencse-jelenséget is felhasználták. Utóbbi keretében a közelebb lévő objektumok a távolabbiak fényét gravitációs terükkel fókuszálják, ami az egyes fókuszáló anyagcsomók tömegének meghatározásában segít.

A vizsgált égterület a telehold látszó méreténél nyolcszor nagyobb volt, azaz mintegy 1,6 négyzetfokot tett ki. Itt 575 felvételt készítettek a HST ACS kamerájával, összesen 1000 órányi expozíciós idővel. Az adott irányban, de eltérő távolságban lévő objektumok térbeli helyzetét a spektrumok és a különböző színtartományokban végzett mérések segítségével állapították meg. Az összetett munka eredménye az eddigi legnagyobb térkép, amely a gravitációs hatása alapján feltérképezett láthatatlan tömeg térbeli eloszlását mutatja. A korábbi hasonló felmérések mindezt csak a látható tömegre végezték el, mely - mint már említettük - a Világegyetemben lévő teljes anyag és energia kis töredékét képviseli.

Az eredmények bizonyítják, hogy a galaxisokba rendeződő normális (fénylő) anyag a láthatatlan tömegének megfelelő eloszlásban csoportosul. A sötét anyag hosszú filamentek (szálas szerkezetek) formájában helyezkedik el, amelyek laza hálózatot alkotnak. A galaxishalmazok pedig az egyes szálak találkozási pontjainál csoportosulnak, ahol a legtöbb láthatatlan tömeg koncentrálódik.

Talán még fontosabb eredmény, hogy a felmérés igazolta: a láthatatlan tömeg a gravitáció hatására az idő előrehaladtával fokozatosan egyre sűrűbb csomókba koncentrálódik. A fontos eredmények között említhető továbbá, hogy a felmérés alapján a csillagkeletkezést mutató galaxisok a láthatatlan tömeg alkotta anyagcsomók közötti ritkább térségekben jellemzőek. Ez egybeesik azzal a korábbi megfigyeléssel, amely szerint a "legsűrűbb" környezetben, ahol egy galaxist a legtöbb külső hatás ér, a benne lévő gázanyag viszonylag korán csillagokba tömörült, és ma már nem zajlik intenzív csillagkeletkezés - ez a folyamat a nyugodtabb, galaktikus szomszédokban szegényebb vidékeken tudott jobban elhúzódni, és itt később is sok új égitest született.

Az alábbi ábra a jelenleg készített legnagyobb térkép, amely a láthatatlan tömeg eloszlását mutatja. A kép alsó részén lévő tömbszelvény a láthatatlan tömeg eloszlását mutatja kékes felhők formájában. Ennek a jobb oldalán láthatók a Világegyetem távoli (azaz idősebb), balra pedig a közelebbi (tehát fiatalabb) részei. Megfigyelhető, hogy jobbról balra haladva (azaz napjainkhoz közeledve) egyre kisebb csomókba koncentrálódik a láthatatlan tömeg a korábbi egyenletesebb eloszláshoz képest. Az ábra felső részén három szelet látható, amelyek a látóirányunkra merőleges metszetekben mutatják az anyag eloszlását 3,5, 5 és 6,5 milliárd évvel ezelőtt.

Alul a felmérés során készített hatalmas tömbszelvény látható a Világegyetem távoli részéről, felette pedig ennek három vékonyabb szelete (NASA, ESA, CALTECH)

A most megfigyelt legmesszebb lévő objektumok távolságuk alapján a Világegyetem mai korának mintegy felénél léteztek. Az eredmények jól egyeznek az Univerzum nagyléptékű szerkezetének kialakulásáról és fejlődéséről felállított jelenlegi képünkkel. A felmérés fontos mérföldkő lehet a Világegyetem nagyléptékű szerkezetének vizsgálatában. A jövőben további hasonló elemzések segítségével a láthatatlan tömeg időbeli fejlődésére is következtethetünk majd.

Kereszturi Ákos