Táguló univerzum, az asztrofizika rejtélye

A kozmológusok szerint az eddigi kutatások alapján csupán 4,6 százalékban ismerjük világegyetemünket, az űr 22 százaléka úgynevezett sötét anyagból áll és legnagyobb része, azaz 74 százalék sötét energiából. A megmaradt, látható és tanulmányozható hézag nagy részét intergalaktikus gázok töltik ki, illetve a csillagrendszerek, galaxisok, köztük a Tejútrendszer, amelynek mi is részei vagyunk. A csillagok és bolygók, holdak – tehát mindaz, amiről földrajz és természettudomány órákon tanulhattunk – csupán 0,4 százalékát alkotják az univerzumunknak. Képzeljük el, milyen hatalmas a rajtunk kívüli űr, amelynek háromnegyed részéről jóformán semmit sem tudunk, és úgy tűnik, ez a végtelen univerzum egyre gyorsabban tágul.

A rejtélyes sötét anyag és energia

A sötét anyag azért feltérképezhetetlen a kozmológusok számára, mivel semmilyen elektromágneses sugárzást nem bocsát ki, és nem nyel el, így az erre érzékeny műszerek nem érzékelik. A szakemberek csupán a látható anyag által az ismeretlenre kifejtett gravitációs hullámokból következtetnek a létezésére. Fritz Zwicky svájci asztrofizikusnak köszönhetően már 1934-ben felmerült a lehetőség a sötét anyag létezésére, végül 1970-ben fedezte fel Vera Rubin csillagász egy washingtoni intézetben. Kent Ford fizikus akkor alkotott meg egy új, sokkal több mérésre alkalmas spektrográfot, Rubin ezzel kezdte vizsgálni az Andromeda-galaxist. Kiderült, a galaxis közepén elhelyezkedő csillagok is ugyanolyan sebességgel mozogtak, mint a szélsők, ez pedig megdöntötte az addigi elméleteket. A szakember két hónapig méregetett, számított és jegyzetelt, mire rájött, hogy az adatok szerint minden galaxisban annyira gyorsan keringenek a csillagok, hogy ki kellene repülniük a világűrbe, ám a gravitációs hatás mellett valamilyen visszahúzó erő a pályájukon tartja őket. Ezt az extra anyagot nevezte el Rubin sötét anyagnak, mivel semmilyen műszer nem mutatta ki. A NASA 2006-ban közvetett bizonyítékot talált a sötét anyag létezésére ütköző galaxisok anyageloszlását vizsgálva, 2008-ban pedig olasz fizikusok bejelentet­ték: fejlettebb detektorokkal valószínűleg sikerült olyan fizikai jelenséget befogni, amelyet a sötét anyag áramos részecskéi bocsátottak ki.

Az univerzum legnagyobb részét kitöltő sötét energia anti­gravitációs hatást kifejtő energiaforma, amely az egész világegyetemet behálózza. Ez az úgynevezett negatív nyomás – amely a sötét energia miatt következik be – nagy távolságokon semlegesíti a gravitációs vonzást. A sötét energia létezésére az első lehetséges bizonyítékokat 1992-ben Paál György magyar csillagász vezetésével találta meg egy kutatócsoport. Folyamatosan figyelték a csillagok mozgását, fejlődési sebességét, és kimutatták, hogy az Ia típusú szupernóvák – fehér törpe csillagok robbanási folyamata – közvetlen bizonyítékai annak, hogy gyorsul az univerzum tágulása. Az Ia típusú szupernóvák segítségével lehet a kozmológiában a legjobban megállapítani, milyen messze, azaz hány fényév távolságra vannak az égitestek a Földtől. Ha pedig a sebességet a távolságuk függvényében ábrázolják, kiderül, milyen mértékben tágult a világegyetem az évmilliárdok folyamán.

A világűrben nem hagyományosan mérik a távolságokat: egy-egy csillagrobbanás tőlünk több millió fényévre történik. Így több millió év telik el, mire az esemény következtében keletkezett hullámokat a földi mérőműszerek érzékelik. Vagyis évmilliókba telik, mire hozzánk ér egy nagyon régi űresemény információja.

A szupernóvák segítségével végzett vizsgálatok szerint tehát a világegyetem az ősrobbanás óta gyorsulva tágul egyrészt az antigravitációs hatást kifejtő sötét energiának, másrészt a sötét anyagnak köszönhetően, utóbbi ugyanis lassítja a gravitációs vonzást.

2016-ban amerikai kutatók pontosabb mérést végeztek ezzel kapcsolatban. Egy fejlettebb szerkezettel készült vizsgálat után kiderült: az univerzum nyolc százalékkal gyorsabban tágul, mint ahogy azt korábban hitték. Tavaly év végén az Oxfordi Egyetem Fizika Tanszéké­nek kutatói azonban megkérdőjelezték Adam Riess és kollégái eredményeit. A National Geographic szerint a brit szakértők tízszer annyi szupernóvát vizsgáltak meg, mint amennyit előttük az amerikaiak. Szerintük a gyorsulva táguló világegyetem elmélete sokkal törékenyebb, mint ahogy azt korábban gondolták. A kutatók bebizonyították: a korábbi években befogott anyagrészecske – amelyet a sötét energia részének hittek – nem is létezik, másrészt nincs elég bizonyíték a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás és a sötét anyag kapcsolatára. Egyes csillagászok úgy gondolják, a sötét anyag nem is létezik, a neki tulajdonított jelenségekre a gravitáció nagy távolságokon eltérő viselkedése a válasz, azonban a tudósoknak ez a csoportja sem tudja bebizonyítani, hogy bizonyos távolságokon miért változik meg Newton klasszikus gravitációs elmélete. A szakértők többsége egyelőre a táguló univerzum mellett szavaz, hiszen eddig erre sokkal több bizonyítékot találtak.

Nem vagyunk egyedül?

Ha felfogtuk, hogy milyen aprók is vagyunk mi, emberek a világegyetemben – főleg ha az megszületése óta folyamatosan bővül –, akkor képzeljük el azt is, hogy több ilyen, egyre táguló univerzum létezik egymás mellett. A multiverzum elmélete az asztrofizika legmodernebb és legkérdésesebb területei közé tartozik. E szerint a világegyetemünket teremtő ősrobbanás csak egyike volt a sok hasonló jelenségnek, amelyek különböző univerzumokat hoztak létre. A multiverzum elméletét elsőként Andrej Linde orosz fizikus vetette fel, aki szerint az ősrobbanás után minden téridő-darab különvált a többitől, és egymástól függetlenül folytatták tágulásukat, köztük az is, amely a mi univerzumunkká nőtte ki magát. A táguló mindenség elmélete könnyen alátámaszthatja a multiverzum elgondolását, hiszen Linde szerint a nagyobb világegyetemekből folyamatosan válnak le kisebb darabkák, és új univerzumként bővülnek tovább.

A gond az, hogy a többi világegyetemet nem igazán figyelhetjük meg, mivel alapvető fizikai jellemzőik annyira különböznek a mieinktől, hogy nem tudunk kapcsolatba lépni velük. Ez azonban nem azt jelenti, hogy ne létezne olyan hely a végtelenben, ahol az anyagfejlődés eljuthat olyan magas szintre, mint a Földön, és az élet, illetve az értelem is kialakulhat. Paul Davies fizikus-ismeretterjesztő szerint számtalan, kisebb-nagyobb mértékben eltérő világegyetem között sokban lehetséges a nálunk megfigyelthez hasonló kémiai alapú élet. Az elmélet követői elképzelhető lehetőségnek tartják, hogy féregjáratokon áthaladva más univerzumokban köthetünk ki, de felmerült az is, hogy a fekete lyukak is egy másik világegyetembe vezetnek. Ezek az égitestek azonban egyelőre a legkevésbé tanulmányozható objektumok. Kérdés, képes lesz-e valaha a fizika bizonyítékot találni más univerzumok létezésére az által, hogy valahogy kapcsolatba lépünk velük. Brit fizikusok szerint létezhetnek olyan korong alakú területek, amelyek egy másik világegyetem és a miénk ütközésének következményeként jöhettek létre. Ha a szakértők ezeket feltérképezhetnék, akkor esély lenne az elmélet bebizonyítására, de egyelőre ilyen űrrészek létezésére nincs bizonyíték.

Mindez tehát egyelőre elméleti szinten létezik, azonban hat éve megjelent egy írás arról, hogy asztrofizikusok egy korábbi, talán a miénket megelőző világegyetem nyomát azonosították. Az Oxfordi Egyetem és a Jereváni Állami Egyetem kutatói felfedeztek a kozmikus háttérsugárzásban olyan hatalmas gyűrűket, amelyekben kisebb volt az univerzum más ismert részein előforduló hőmérsékleti ingadozás. Elképzelésük szerint a furcsa alakzatok szuper-nagytömegű fekete lyukak ütközése során jöhettek létre egy korábbi világegyetemben, a gyűrűk pedig egy régi univerzum nyomaiként maradtak fenn. Több információra a tavaly februárban hírnevet szerzett lézer interferométerek még érzékenyebbé fejlesztése után számíthatunk, ezek az eszközök ugyanis képesek érzékelni a világegyetem legnehezebben befogadható információhordozóit: a gravitációs hullámokat.