A kozmoszban sosincs teljesen sötét

4794

Noha a Nap fényéhez szokott szemünk számára az éjszakai égbolt – a rajta fénylő csillagokat és egyéb égitesteket leszámítva – az elképzelhető legsötétebb dolognak tűnik, valójában nagyon is fénylik.

A fényes közeli csillagokat és rengeteg messzi galaxist külön-külön is meg tudunk figyelni. Ám van egy határ, aminél távolabbi csillagvárosokat már nem vagyunk képesek érzékelni még a belátható világegyetem határain belül sem, mert ezek felületi fényessége a távolságukkal rohamosan csökken. Egy, a világegyetem tágulása által okozott érdekes relativisztikus kozmológiai jelenség miatt a legeslegtávolabbi galaxisok fényét talán még elméletileg sem lennénk képesek elkülöníteni egymástól, bármilyen hatalmas csillagászati műszerrel sem. Ennek a jelenségnek a technikai részleteiről az (1) jegyzetben szólunk. Egyes becslések szerint ugyanakkor ezekből a nagyon nagyon távoli galaxisokból összességében sokkalta több fény jut el hozzánk, mint a közelebbi, egyenként fényesebb, és a mai távcsöveinkkel is azonosítható társaikból együttvéve.

A Hubble-űrtávcső híres intergalaktikus mélyég-felvétele (Hubble Ultra Deep Field). A fotón egy-két csillagtól eltekintve minden forrás távoli galaxis. A távolabbiak halványabbak és kisebbek, ám egy határon túl már a Hubble sem képes őket észlelni, elkülöníteni, noha azok fénye is eljut hozzánk. Ezek adják az égbolt háttérfényét. Forrás: NASA/Hubble.

A rendkívül távoli galaxisok együttes, összemosódó fénye a kozmosz optikai háttérfénylése. Ez a távoli galaxisok csillagainak a kibocsátáskor alapvetően látható tartományba eső fénye, aminek intenzitásmaximuma hozzánk eljutva, a világegyetem tágulása miatti kozmológiai vöröseltolódás hatására már az infravörös tartományba esik. Fontos tudni, hogy ez egészen más, mint a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB). A CMB a világegyetemben megfigyelhető legkorábbi, legősibb, a teret egyenletesen betöltő hősugárzás, messze az első csillagok kigyúlása előtti időszakból, olyan régről, hogy az az eredetileg szintén optikai sugárzás mára a mikrohullámok tartományába tolódott. Ha akarjuk, akár a CMB-t is tekinthetjük a háttérfénylés részének, ám 2,7 Kelvines hőmérsékletével az intenzitása egészen elhanyagolható az optikai-infravörös komponenshez képest.

Miért érdekes az optikai-infravörös háttérfény? Ha meg tudjuk mérni az égbolt legsötétebb régióinak fényességét, abból következtetni tudunk a legtávolabbi, egyenként már láthatatlan galaxisok összfényességére, és teljesebb képet kaphatunk a látható világegyetemben lévő összes galaxis számáról, valamint az összes fénylő anyag mennyiségéről. A Föld közelében azonban szembesülnünk kell a bolygóközi fényszennyezés káros hatásaival. A Naprendszer keletkezésekor, a bolygók létrejöttét követően visszamaradt, illetve a később, kisebb-nagyobb bolygótestek ütközéséből keletkezett por fényvisszaverő hatása nagyon megnehezíti ugyanis a világegyetem háttérfényességének megállapítását. A NASA ma már Plutonál is távolabb, a Kuiper-övben járó New Horizons űrszondája ugyanakkor rendkívüli nézőpontot biztosít a csillagászok számára. A New Horizons minden más, a Földön és közelében működő műszerünknél kedvezőbb helyzetben van ahhoz, hogy segítségével az égbolt legsötétebb régióinak fényességét vizsgálhassák a kutatók.

Fantáziarajz a NASA ma már Plutonál is távolabb, a Kuiper-övben járó New Horizons űrszondájáról. Forrás: Joe Olmsted/STScI.

A legfrissebb mérések arra utalnak, hogy a feketének tűnő égboltról valójában mintegy kétszerte több fény származik, mint az összes felbontható, megfigyelhető csillagról és galaxisról együttvéve. Másképp megközelítve, ha elképzeljük, hogy egy nagyon homályosra fókuszírozott műszerrel teljesen egybemosnánk, és egyenletesen kennénk szét az égen az összes, egyébként megkülönböztethető távoli csillag és galaxis fényét, akkor az így elért halvány derengés csupán fele annyi fénymennyiséget jelentene, mint a világegyetem háttérfénylése (2). A világegyetemben fellelhető összes galaxis számát természetesen korábban is próbálták már megbecsülni a csillagászok, figyelembe véve azok méret- és fényességbeli eloszlását, majd extrapolálva ezeket a közeli, jól megfigyelhető világegyetemen túlra. A korábbi vizsgálatok arra jutottak, hogy a galaxisok 90%-a nem figyelhető meg még a Hubble-űrtávcsővel sem, és ezek összesített fénymennyisége alkothatja az égbolt háttérfényességét. A mostani, New Horizons szonda adataira támaszkodó vizsgálat a korábban vártnak csak a felét mutatta ki, de még ez is jóval több fénymennyiség, mint amennyiért az ismert galaxisok együttesen felelősek.

A közeli jövő újabb, a maiaknál is lényegesen nagyobb teljesítményű távcsövei természetesen tovább fogják bővíteni a legtávolabbi, még megfigyelhető galaxisok körét, így biztosra vehetjük, hogy segítségükkel hamarosan erről a kérdésről is többet fogunk megtudni.

Forrás: Hubblesite.org

Megjegyzések:
(1) Az euklideszi geometria értelmében minél távolabb van tőlünk egy tárgy, az a távolságával arányosan egyre kisebbnek fog látszani. Egy kiterjedt test felületi fényessége ugyanakkor bármilyen távolságból nézve állandó lesz. Képzeljük el, hogy egy reflektorral megvilágított óriásplakátot nézünk a távolból éjszaka. A plakát szélességét és magasságát kétszer távolabbról felének, látszó felületét így negyedakkorának fogjuk találni. Eközben a tárgyról hozzánk eljutó fény mennyisége is negyedére csökken, hiszen az a távolság négyzetével arányosan változik. Az objektumok felületi fényessége tehát nem változik a távolságukkal. A táguló világegyetemben azonban nem ez a helyzet. A közeli univerzumban a fenti euklideszi leírás még jó közelítés, távolabb viszont már egyáltalán nem az. Mivel a világegyetem az egyetlen pontból kiinduló ősrobbanással vette kezdetét, majd folyamatosan tágult, így bármerre is nézzünk, végül az ősrobbanás szingularitását kellene látnunk – ha nem akadályozna meg bennünket ebben a világegyetemet kitöltő anyagnak a kozmikus háttérsugárzás lecsatolódása előtti átlátszatlansága. Az egyetlen legtávolabbi, kiterjedés nélküli pont betölti tehát az egész égboltunkat. Következésképp lennie kell egy határtávolságnak, amelyen túl a tárgyak, vagyis galaxisok égboltra vetített látszólagos szögmérete a távolságukkal már nem csökken, hanem épphogy növekszik, miközben a látszólagos fényességük továbbra is csökken. Ez a határ a használt kozmológiai modelltől függően kb. z = 1 vöröseltolódás körül van. Ezért a nagyon távoli, nagyon halvány, mégis viszonylag kiterjedt galaxisokat gyakorlatilag tényleg lehetetlen megpillantani, felismerni. Ugyanakkor ilyen galaxisból rengeteg van, elmosódott fényük pedig összeadódik, egybeolvad.

(2) A Naprendszeren belüli bolygóktól és a Naptól magától persze el kell tekintenünk ebben a gondolatkísérletben.

Hozzászólás

hozzászólás