A NASA kiderítette, komoly bajban vagyunk
![](https://cdn.origo.hu/2024/04/aHur6OAdRSz7pDSmRwlZBzivkiTE1SsIu_55Tt_XcKw/fill/1347/758/no/1/aHR0cHM6Ly9jbXNjZG4uYXBwLmNvbnRlbnQucHJpdmF0ZS9jb250ZW50LzQ4ZDg5ODZiM2JkMzQ4NDFiYTNlYmFlOWFjZDdjYjY3.webp)
Nem mérési hiba az univerzum eltérő sebességű tágulása, félrértettük a világmindenséget
Ez a Hubble-feszültség néven is ismert probléma képes megváltoztatni vagy akár teljesen felforgatni a jelenleg irányadó kozmológiai modellt. Először 2019-ben a Hubble űrteleszkóp mérései fedték fel, hogy ez az egyelőre megmagyarázhatatlan anomália valódi jelenség ; 2023-ban a James Webb űrteleszkóp (JWST) még pontosabb mérései pedig újfent bizonyossá tették ezt. Úgy tűnik, hogy a két teleszkóp észlelési adatainak háromszoros ellenőrzése végleg elvetette a mérési hibák lehetőségét. Az Astrophysical Journal Letters szakfolyóiratban február 6-án megjelent tanulmány azt sugallja, hogy valami komoly probléma lehet az univerzum megértésében.
Ha a mérési hibákat elvetjük, akkor csak az a valódi és izgalmas lehetőségünk marad, hogy félreértettük az univerzumot
- nyilatkozta Adam Riess, a tanulmány vezető szerzője, a Johns Hopkins Egyetem fizika- és csillagászprofesszora. Érdemes megjegyezni, hogy a professzor két másik kutatótársával Samuel Perlmutter és Brian P. Schmidt asztrofizikusokkal együtt az univerzum gyorsuló tágulásával kapcsolatos felfedezéséért, illetve a hipotetikus sötét anyag kutatásához fűződő munkásságukért 2011-ben megkapták a fizikai Nobel-díjat. Jelenleg két "arany standard" módszer létezik az úgynevezett Hubble-állandó meghatározására, ami az univerzum tágulási sebességét írja le.
Az első a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) apró ingadozásaiból indul ki, ami az univerzum első fényének az ősi emléke, és amely mindössze 380 ezer évvel a „Big Bang”, vagyis az ősrobbanás után keletkezett. 2009 és 2013 között az Európai Űrügynökség (ESA) Planck műholdjával a csillagászok alaposan feltérképezték ezt a gyenge mikrohullámú háttérsugárzási mezőt és arra az eredményre jutottak, hogy a Hubble-állandó értéke pontosítva 67 km/másodperc/megaparszek. A Hubble-állandó értékéből kiindulva határozható meg az úgynevezett Hubble-idő, vagyis az univerzum kora. Ezzel kapcsolatban érdemes felidézni, hogy Edwin P. Hubble amerikai csillagász 1929-ben fedezte fel a galaxisok színképének a vörös tartomány felé való eltolódását (Doppler-effektus), vagyis azt a jelenséget, hogy minél távolabb van tőlünk egy galaxis, látszólag annál nagyobb sebességgel távolodik.
Ebből kiindulva Georges Lemaître belga kozmológus és elméleti fizikaprofesszor vetette fel az ősrobbanás, illetve a táguló világegyetem hipotézisét 1931-ben. Lemaître szerint ha a sebességi vektorokat időben visszaextrapoláljuk, kapunk egy olyan időpontot, amikor az univerzum összes anyaga egyetlen pontban egyesült, az általunk ismert világ pedig ebből a szingularitásból keletkezett az ősrobbanással. A Hubble-idő a jelenlegi ismereteink szerint 13,8 milliárd év.
Ez nem probléma, hanem sokkal inkább válság
A második „arany standard” az úgynevezett cepheida típusú változócsillagokat használja fel a Hubble-állandó meghatározásához. A cepheidák - amelyek a Cepheus csillagképben elsőként azonosított és ilyen típusú delta Cephei nevű változócsillagról kapták az osztályelnevezésüket – olyan idős, „haláluk” előtt álló csillagok, amelyeknek periodikusan pulzál a fénye. Ahogy a cepheidák fényesebbé válnak, lassabban pulzálnak, így a csillagászok megmérhetik az abszolút fényességüket. Ha ezt a fényességet a megfigyelt fényességükkel vetik össze, a csillagászok egyfajta "kozmikus távolsági létrába" tudják állítani a cepheidákat , hogy egyre mélyebbre tekintsenek az univerzum múltjában. E létra segítségével pontos értéket kaphatunk a tágulási sebességre is a cepheidák színképének vöröseltolódásából.
De ezzel kezdődött a rejtély is. Riess professzor és a munkatársai által elvégzett cepheida változók mérései szerint ugyanis az univerzum tágulási sebessége körülbelül 74 km/s/Mpc, ami a Planck műhold méréseihez képest hihetetlenül magas érték. A problémával, vagyis az univerzum eltérő ütemű tágulásával kapcsolatban David Gross, Nobel-díjas csillagász a kaliforniai Kavli Institute for Theoretical Physics (KITP) kutatója még egy 2019-ben megrendezett konferencián a következőket nyilatkozta:
Ezt nem feszültségnek vagy problémának, hanem sokkal inkább válságnak nevezném.
Kezdetben egyesek arra gondoltak, hogy az eltérés talán mérési hiba eredménye lehet, amelyet a cepheidák és más csillagok "keveredése" okozott a Hubble apertúrájában. 2023-ban azonban a kutatók a sokkal pontosabb James Webb űrteleszkóp (JWST) segítségével megerősítették, hogy a Hubble mérései helyesek voltak.
A probléma megoldása érdekében Riess és munkatársai a korábbi méréseikre építettek, és további 1000 cepheida változócsillagot figyeltek meg öt olyan galaxisban, amelyek 130 millió fényévnyire vannak a Földtől. Miután összehasonlították adataikat a Hubble-űrtávcsővel végzett korábbi mérési eredményeikkel, megerősítették a Hubble-konstansra kapott érték helyességét. "Most már a Hubble-űrtávcsővel végzett megfigyelések teljes skáláját felöleltük, és nagyon nagy biztonsággal kizárhatjuk a mérési hibát, mint a Hubble-feszültség okait" - mondta Riess. "A Webb és a Hubble kombinálása mindkét világból a legjobbat nyújtja számunkra. Úgy találjuk, hogy a Hubble mérések megbízhatóak, miközben továbbmászunk a kozmikus távolság létráján" – nyilatkozta a Nobel-díja tudós. Másként kifejezve, a hagyományos kozmológia kereteit szétfeszítő probléma továbbra is megválaszolatlan.
Kérdésessé vált a gyorsulva tágulás kozmológiai modellje
A táguló, de véges és határtalan univerzum hipotézisét Albert Einstein az 1915-ben megalkotott és a rá következő évben publikált általános relativitáselméletében állította fel. Az einsteini elméletben a gravitáció a téridő görbültségének, vagyis az univerzum végességének a következménye. A világegyetem görbültségére a brit Sir Arthur Eddington 1919-ben, az univerzum tágulására pedig Edwin P. Hubble amerikai csillagász 1929-ben talált empirikus asztrofizikai bizonyítékot. Az univerzum tágulásának egyik következménye, hogy a fény, miközben áthalad a kozmikus téren, megnyúlik és megváltozik, nagyobbá válik a hullámhossza. Erre a jelenségre vezethető vissza az is, hogy ha a csillagászok egyre távolabbi és ezért egyre ősibb galaxisokat figyelnek meg, ezeknek a vörös felé tolódik el a színképe.
A tágulási sebességből először az őrsrobbanás elméletét felállító belga Georges Lemaître számította ki a világegyetem keletkezésének időpontját, ami a jelenleg legpontosabbnak tekinthető mérések szerint 13,8 milliárd éve történt. Az einsteini gravitációs modell szerint a tágulási sebességnek azonban az idő múlásával lassulnia kellene, de ezzel szemben Samuel Perlmutter, Brian P. Schmidt és Adam Riess 1998-ban felfedezték, hogy az univerzum gyorsulva tágul. A gyorsuló tágulás magyarázatára vezették be az univerzumot kitöltő hipotetikus erő, a sötét energia fogalmát.
A kozmológiai szakirodalomban a sötét energia az egész univerzumot kitöltő olyan energiaforma, amely antigravitációs hatású, vagyis negatív nyomást fejt ki.
Albert Einstein általános relativitáselméletéből az következik, hogy a sötét energia negatív nyomása nagy távolságokon semlegesíti a gravitációs vonzást. Az elméleti számítások szerint az általunk ismert einsteini univerzum 74 %-át teszi ki a titokzatos sötét energia, 22 %-át a sötét anyag (olyan, csillagászati műszerekkel megfigyelhetetlen anyagfajta, ami semmilyen elektromágneses sugárzást nem bocsát ki), 3,6 százalékát a csillagközi gáztömeg adja ki, és csupán a fennmaradó 0,4 % alkotja a csillagok és egyéb égitestek tömegét.
Ezzel csupán egyetlen probléma adódik, hogy bármennyire is tetszetős és logikus a sötét energiára visszavezetni az univerzum gyorsuló tágulását, egyelőre empirikusan még nem sikerült bebizonyítani a létezését. Vannak, akik mindezt kétségbe is vonják, és más – ugyancsak teoretikus – okokra vezetik vissza e különös jelenség magyarázatát. Az a tény, hogy a tágulási sebesség változó, vagyis egyes térrészek gyorsabban tágulnak más térrészek sebességéhez képest, ezt az eddig konszenzusosnak tekinthető kozmológiai modellt is felborítják.