Kidurrant a legnagyobb kozmikus buborék

Egyre gyorsabban tágul az Univerzum, az egyelőre rejtélyes sötét energia miatt. A gyorsuló tágulásra eddig egy másik magyarázat is felmerült: eszerint egy hatalmas, ritkás anyagú kozmikus buborék belsejében élünk, és a gyorsabb tágulás csak optikai csalódás. Ezt a lehetőséget új megfigyelések alapján kizárták.

Az Univerzum gyorsuló tágulását okozó, antigravitáció-jellegű hatás létét sokáig nem fogadták el egyes szakemberek - azonban az alternatív megoldásokat egy új megfigyelés alapján ki lehet zárni. A sötét energia létezik, és az Univerzum legnagyobb részét ez teszi ki, hosszú távon meghatározva a jövőt.

A láthatatlan energia (avagy sötét energia) nem tévesztendő össze a szintén kevéssé ismert láthatatlan, avagy sötét tömeggel. Utóbbit sajátos, ma még ismeretlen részecskék alkotják, és azoknak csak gravitációs hatása érzékelhető - ami a "hagyományos anyaghoz" hasonlóan vonzó jellegű. Ezzel ellentétben a láthatatlan energia olyasmi, amely antigravitációsan hat, azaz taszít magától mindent. Mai ismeretink alapján a látható anyag a Világegyetem mintegy 4%-át, a láthatatlan tömeg 23%-át, a sötét energia pedig 73%-át teheti ki.

A sötét energiától fokozatosan gyorsul az Univerzum tágulása. Ez ellentétben áll a korábbi elgondolással, mely szerint az égitestek egymásra kifejtett vonzó hatása fékezi a tágulást. A nagy méretskálán zajló mozgás vizsgálatához távoli objektumok elemzése szükséges, és ebben a felújított Hubble-űrtávcső hozott friss eredményt.

A tágulás jellemzőinek megállapítása az úgynevezett Hubble-állandó mérésén alapul (lásd keretes írásunkban). Ezt korábban, 2009-es megfigyelések alapján 30%-os pontossággal ismerték. A bizonytalanság az új eredmények alapján közel a korábbinak tizedére, mintegy 3,3%-ra csökkent - és ezzel egyértelművé vált a Világegyetem néhány alapvető jellemzője.

Egy fontos állandó

A Hubble-konstans avagy Hubble-állandó (H) a Világegyetem tágulásának ütemét jellemző számérték. A H = v/d képlettel számolható ki, amelyben a v egy galaxis távolodási sebessége, a d pedig a távolsága. Értéke megmutatja, hogy megaparszekben (Mpc) mérve (1 Mpc = 3,26 millió fényév) miként növekszik a megfigyelőtől egyre messzebb lévő galaxisok távolodási sebessége kilométer/másodpercben kifejezve (km/s/Mpc).

Mivel az egész Világegyetem tágul, minél messzebb van egy objektum a megfigyelőtől, az annál nagyobb sebességgel látszik távolodni. Ezt fejezi ki a Hubble-állandó: a messzebb lévő objektumok gyorsabban távolodnak - az állandó értéke tehát megmutatja, hogy a távolságot megaparszekenként növelve, mekkora értékkel emelkedik a távolodási sebesség.

Sötét energia vagy hatalmas, furcsa buborék?

Az elmúlt években megszületett, a sötét energia alternatív modellje alapján egy olyan, közel 8 milliárd fényév átmérőjű buborék belsejében lennénk, amelynek sűrűsége kisebb, mint ami a Világegyetem többi részére jellemző. A modell szerint a buborékban lévő galaxisok látszólag gyorsuló ütemben távolodnak tőlünk, még távolabb lévő társaik vonzása révén.

Kozmikus világítótornyok

A fenti megállaptáshoz a korábbinál sokkal pontosabb mérések kellettek. A csillagászati távolságméréseknél többnyire egy objektum látszó fényességét hasonlítják össze a becsült, valóságban kibocsátott sugárzásából adódó fényességével. Amikor messzi objektumokat vizsgálnak, nagy energiakibocsátású, fényes célpontokat kell keresni - amilyenek például a szupernóva-robbanások, közülük is az úgynevezett Ia típusú kataklizmák.

Ezeknél az eseményeknél a modellek alapján egy kettőscsillag-rendszer egyik, felfúvódott állapotában lévő tagja társára, az élete végére jutott fehér törpére juttat át anyagot. Amikor az így hízó fehér törpe tömege elér egy kritikus határt, és felrobban. A jelenség igen távolról észrevehető, és elvileg a robbanás mindig ugyanakkora tömegnél történik - az ilyen Ia típusú robbanások ezért ideálisak nagy kozmikus távolságok mérésére.

A Hubble-űrtávcső (NASA)

A fenti mérésekhez a Hubbe-űrtávcsövet használták. Az űrteleszkópon negyedik és utolsó szervizelése alkalmával többek között elhelyezték a WFPC-3 jelű kamerát is, amelynek révén most pontosabban sikerült a távolságadatokat, és ezek alapján a Hubble-féle tágulás jellemzőit meghatározni.

Tízszer pontosabb új eredmények

A Hubble-űrtávcsővel a SHOES (Supernova H0 for the Equation of State) nevű kutatócsoport Adam Riess (STScI) vezetésével távoli galaxisokban lévő cefeida változócsillagok alapján minden korábbinál pontosabban, 3,3%-os hibával határozta meg a Hubble-állandó értékét. A munkát vezető szakember volt egyébként az egyik kutató, aki kollégáival együtt 13 évvel ezelőtt rámutatott a gyorsuló tágulás létére.

Vázlatos ábra a Nagy Bumm (Ősrobbanás) óta eltelt időszakról, az eleinte lassuló, majd 6-7 milliárd évvel a kezdőpillanat után gyorsuló tágulással (NASA)

A kutatómunka keretében olyan galaxisokat vizsgáltak, amelyekben a sugárzásukat ismert módon változtató cefeida csillagok és Ia típusú szupernóva-robbanások egyaránt mutatkoztak. Mintegy 600 cefeida csillagot tanulmányoztak, amelyek felét most vizsgálták részletesen az első alkalommal. A látható és a közeli infravörös tartományban végzett mérések alapján pontosítani tudták a szupernóvákkal végzett távolságbecslés módszerét, ezzel pedig a tágulás ütemét. A pontosabb eredmény elérésében szerepet játszott, hogy ezúttal az infravörös tartományban sok olyan csillagot is megfigyeltek, amelyeket az őket övező por miatt eddig nem tudtak. További előny volt, hogy az összes új mérést ugyanazzal a távcsővel végezték, így is csökkentve a bizonytalanság mértékét.

Néhány fontos esemény a Világegyetem története során (NASA)

Mindezek alapján már biztosan állítható, hogy létezik a még alig ismert sötét energia a Világegyetemben, amely a gravitációval ellentétesen hat, és gyorsítja a tágulást. Még pontosabb adatokat a Hubble utódja, a James Webb űrtávcső nyújt majd.