Anizotróp tágulás

Három űrtávcső mérései alapján talán finomítani kell a Világegyetem tágulásának jelenleg elfogadott képén.

A kozmológiai kutatások, hipotézisek és modellek alapja az a logikusnak tűnő feltételezés, miszerint a Világegyetem tágulása izotróp, azaz a tér minden irányában azonos módon (azonos sebességgel) megy végbe. Legújabban a Bonni Egyetem egyik doktorandusza és témavezetője az ESA XMM-Newton, a NASA Chandra és a német vezetésű ROSAT röntgencsillagászati űrobszervatóriumok mérései alapján megkérdőjelezte ezt a feltevést.

Az izotróp tágulás hipotézisét a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásra vonatkozó megfigyelések támasztják alá. A háttérsugárzás a 13,8 milliárd évvel ezelőtti ősrobbanás maradványsugárzása, amely a Világegyetem nagyon ősi, mindössze 380 000 éves állapotát tükrözi. A háttérsugárzás elemzéséből egyértelmű, hogy a nagyon ősi (mai koránál mintegy harmincezerszer fiatalabb!) Világegyetem gyorsan, és a tér minden irányában azonos sebességgel, azaz izotróp módon tágult. (A háttérsugárzás hőmérsékletének pontos eloszlását legrészletesebben az ESA Planck-szondájának méréseiből ismerjük, amelyben szintén találtak bizonyos anomáliára utaló jeleket.)

A német kutatók vizsgálatuk során abból indultak ki, hogy ami a nagyon fiatal Világegyetemben igaz volt, az nem biztos, hogy ma is igaz. A Harvard Egyetemen dolgozó kollégáikkal együtt a jelenleg megfigyelhető Világegyetem több mint 800 galaxishalmazát vizsgálták meg. Ha az izotrópia hipotézise helytálló lenne, a halmazoknak az égbolt minden irányában ugyanolyanoknak kellene látszaniuk, de nem ezt tapasztalták.

Méréseik során a galaxishalmazokat kitöltő nagyon forró, röntgensugárzó gáz tulajdonságait hasonlították össze az égbolt különböző részein megfigyelhető galaxishalmazok esetében. Az izotrópia fennállása esetén az azonos hőmérsékletű és azonos távolságban lévő halmazoknak ugyanolyan fényeseknek kellene látszaniuk, a megfigyelések azonban nem ezt igazolják. A különböző irányokban látható, egyébként azonos tulajdonságú halmazok fényessége között jelentős, mintegy 30 százalékos különbséget találtak. Az eltérések nem véletlenszerű (random) eloszlásúak, hanem jól azonosítható mintát követnek, ami arra utal, hogy nem mérési hibáról, hanem valós jelenségről van szó.

A német kutatók mérési eredményeit illusztráló térkép. Az ábra galaktikus koordináta-rendszerben jeleníti meg a Világegyetem tágulási sebességét jelző Hubble-állandót. (Kép: K. Migkas et al. 2020 – CC BY-SA 3.0 IGO)

Mielőtt megkérdőjelezték volna az elfogadott kozmológiai modelleket, amelyek a galaxishalmazok távolsága becslésének alapjául szolgálnak, megpróbáltak más magyarázatot keresni a megfigyelésre. Ki tudták zárni annak a lehetőségét, hogy egyes irányokban hatalmas kiterjedésű gáz- vagy porfelhők takarnák el a kilátást, és ezért látszanának halványabbnak arrafelé a halmazok. Kizárták (vagy legalábbis valószínűtlennek tartják) azt a lehetőséget is, hogy nagy tömegek, például a galaxishalmazok nagy csoportjai befolyásolnák az anyag nagy léptékű mozgását.

Úgy gondolják, hogy ha valóban anizotróp a Világegyetem tágulása (akár nem teljes története során, hanem csak az elmúlt néhány milliárd évben), akkor ennek következményei lehetnek kozmológiai vizsgálataink szempontjából, mert például a kozmológiai távolságban lévő objektumok távolságát olyan kozmológiai paraméterek és egyenletek segítségével határozzuk meg, amelyek izotrópiát tételeznek fel. Ha bebizonyosodna az anizotrópia, akkor ezeket a számításokat revideálni kellene.

A Világegyetem talán nem minden irányban ugyanolyan sebességgel tágul. Egy kép az eredményeket szemléltető animációból. (Forrás: K. Migkas et al. 2020 – CC BY-SA 3.0 IGO)(

Bár az anizotrópia egyelőre csak egy bizonyos típusú megfigyelések sugallta lehetőségként merült fel, a kutatók megpróbáltak a jelenség okát magyarázó hipotézist felállítani. Gyanújuk a jelenlegi ismereteink szerint a Világegyetem teljes energiájának mintegy 69%-át kitevő, és a Világegyetem gyorsuló tágulásáért felelősnek tartott sötét energiára terelődött. Ennek tulajdonságai azonban oly kevéssé ismertek, hogy a gyanút egyelőre aligha lehet igazolni.

Mindenesetre a kutatók azt remélik, hogy az ESA 2022-es indításra tervezett Euclid űrtávcsöve segíthet tisztázni a kérdést. Az Euclid ugyanis több milliárd galaxis alapos megfigyelésével nemcsak a Világegyetem tágulását (és annak gyorsulását) fogja vizsgálni, hanem a küldetés vezetői szerint a sötét energia természetére vonatkozóan is új ismeretekkel gazdagíthatja a tudományt, és mellesleg az anizotróp tágulásra vonatkozó mostani megfigyelést is igazolhatja vagy cáfolhatja. Az Euclidnél hamarabb járulhat hozzá a kérdés további tanulmányozásához a német–orosz Szpektr-RG műholdon dolgozó német fejlesztésű (Max Planck Intézet) eROSITA műszer.

Kapcsolódó cikkek:
A röntgentávcső „első fénye”
Forró gáz egy galaxishalmazban
Röntgencsillagászati adatbányászat
Sötét anyag vagy nem?
Az ősrobbanás nyoma, nagy felbontással
Nobel-díj a gyorsulva táguló univerzumért

Kapcsolódó linkek:
Nem biztos, hogy izotróp a Világegyetem tágulása (ESA)
A kozmikus izotrópia szondázása (Astronomy & Astrophysics)
eROSITA (Max Planck Intézet)
Euclid (ESA)