Az ősrobbanás nyoma, nagy felbontással
(Rovat: Űrcsillagászat Európában, Távoli világok kutatói - 2013.03.25 07:15.)

Megszülettek a mikrohullámú háttérsugárzás vizsgálatára készült európai űrszonda, a Planck első kozmológiai eredményei.

A múlt héten az Európai Űrügynökség (ESA) sajtótájékoztatón jelentette be a Planck legújabb, régen várt eredményeit. Ezzel egy időben elkészültek a részletes szakmai beszámolók is, amelyek hamarosan az Astronomy and Astrophysics folyóiratban fognak megjelenni.

A most közzétett adatok a 2009 májusában indított, a Nap-Föld rendszer külső Lagrange-pontja környékén (a Földtől mintegy másfél millió km-re) működő űreszköz első 15,5 hónapjának méréseiből származnak. A Planck-űrtávcső minden eddiginél nagyobb szögfelbontással és érzékenységgel, 30 GHz-től 857 GHz-ig kilenc különböző frekvenciasávban térképezte fel a teljes égboltot. A célja az ősrobbanás utáni forró világegyetem maradványsugárzásának vizsgálata, amiből az univerzum keletkezésére vonatkozó kozmológiai modell paramétereinek finomítását, a modell ellenőrzését remélték.

A fenti animáció szemlélteti azt az aprólékos munkát, amit a kutatóknak el kell végezniük az égbolttérképpel, mire megkapják az ősrobbanás maradványsugárzásának jeleit. Le kell vonni az előtérben levő, mikrohullámú sugárzást kibocsátó galaktikus és a Tejútrendszeren túli objektumok hozzájárulását, a Tejútrendszer csillagközi gáz- és poranyagának diffúz rádiósugárzását, sőt a Naprendszer ismert térbeli mozgásából adódó dipól-anizotrópiát is (ezt a lépést nem is illusztrálták itt). (Animáció: ESA / Planck Collaboration)

A háttérsugárzás az ősrobbanást követő kb. 380 ezer éves időszakból származik. Ekkorra hűlt le annyira (kb. 2700 fokosra) a táguló világegyetem anyaga, hogy a protonokból és elektronokból kialakulhattak a kötött hidrogén atomok, az anyag átlátszóvá vált a saját elektromágneses sugárzása számára. Valójában ez a legelső fény, ami egyáltalán hírt adhat számunkra a világegyetem kezdeteiről. Az azóta az univerzumot kitöltő elektromágneses sugárzás hullámhossza – mint minden távolság a táguló világban – megnövekedett, így az intenzitás-eloszlásának csúcsa mostanra a mikrohullámok tartományába került. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást (cosmic microwave backround, CMB) még 1964-ben fedezte fel Arno Penzias és Robert Wilson, amiért később fizikai Nobel-díjat kaptak. Ugyancsak Nobel-díjat értek a programvezető John Mather és George Smoot számára az 1989-ben startolt amerikai COBE (COsmic Background Explorer) műhold eredményei. Kimutatták a háttérsugárzás feketetest-jellegét (2,7 K-es hőmérsékletnek megfelelően), és rávilágítottak, hogy az irány szerinti eloszlásában igen apró eltérések, egyenetlenségek vannak. Erre számítottak is, hiszen ezek az akkori anyag csomósodásainak felelnek meg, s ezek nélkül nem lehet magyarázni a későbbi galaxishalmazok, galaxisok kialakulását.

A továbblépést a NASA 2001-ben indított WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) szondája jelentette. Sikerült finomítani a COBE eredményeit, és belépni a „precíziós kozmológia” korába, amikor a világegyetemet leíró modell paramétereire már nagy pontossággal adható becslés. A Planck ezt az utat folytatja, még tovább javítva a pontosságot.

A Planck és a WMAP térképeinek összehasonlítása a felbontás szempontjából. (Kép: ESA / Planck Collaboration / NASA / WMAP Science Team)

Mostani eredményei közül kiemelendő, hogy a nagy szögfelbontás mellett megfigyelhető fluktuációk kitűnően illeszkednek az eddigi képbe. Ugyanakkor a nagy érzékenységnek köszönhetően felbukkantak olyan dolgok is, amiknek az elméleti magyarázata még várat magára.

Két, korábban már a WMAP méréseiből is sejtett, de most megerősített anomália. Az egyik az átlagos hőmérsékletek parányi eltérése az égbolt két felén. Az elválasztó vonal (fehér görbe) az ekliptika, a Föld Nap körüli keringésének síkja. Ez ellentmond a várakozásnak, hogy a világegyetemnek minden irányban nagyjából hasonlóan kellene „kinéznie”. A másik egy „hideg folt” (bekarikázva), amelynek a kiterjedése nagyobb, mint azt a véletlen fluktuációkból várhatnánk. A színskála megválasztásával itt kiemelték ezt a két anomáliát. (Kép: ESA / Planck Collaboration)

Ha precíziós kozmológia, akkor álljanak itt a legújabb számok, amiket a kutatók a Planck új adatai alapján határoztak meg. Ezek némileg finomítják a WMAP eredményeit, az egyre szűkülő hibahatárokon belül. Eszerint a világegyetem tágulásának üteme egy picivel lassúbb, mint ahogy eddig gondoltuk. Az ezt leíró Hubble-állandó értéke 67.3±1,2 km/s/Mpc. A megváltozott érték hatással van az univerzum korának becslésére is, ami minimális mértékben, de az eddig gondoltnál nagyobbnak adódik: 13,82 milliárd év. Egy leheletnyivel kevésbé dominánsnak tűnik az ún. sötét energia, ami a gyorsuló tágulásért felelős.

A világegyetem „hozzávalói”: a hagyományos anyag (4,9%), valamint az egyelőre csak a tömegvonzása révén magát eláruló sötét anyag (26,8%) és a gyorsuló tágulását okozó sötét energia (68,3%) aránya a Planck szerint (jobbra), összehasonlítva a WMAP korábbi méréseiből számolt értékekkel. (Kép: ESA / Planck Collaboration)

A Planck-űrszonda még jelenleg is működik, de méréseket már csak a három legalacsonyabb frekvenciasávban végez (a többihez szükséges hűtőanyaga már kifogyott). Közben tovább folyik a gyűjtött adatok feldolgozása, a következő eredmények jövőre várhatók. Ekkorra kiderül a háttérsugárzás polarizációjának mintázata is, amit az elméleti szakemberek türelmetlenül várnak, hiszen segítségével bizonyos, a korai univerzumra vonatkozó modellek kizárhatók vagy megerősíthetők lehetnek.