Válság a kozmológiában

5670

A kaliforniai Davis Egyetemén (UC Cavis) dolgozó csillagászok egy csoportja olyan új vizsgálatok eredményeit tette közzé, amelyek megerősítik, hogy a világegyetem gyorsabban tágulhat, mint korábban gondoltuk. Ez az eredmény éppen akkor született, amikor már amúgy is heves viták alakultak ki a kozmológusok között a világegyetem tágulási ütemével kapcsolatban. A megfigyelési eredmények között ellentmondás feszül.

A kutatócsoport egy korábban még ki nem próbált módon mérte meg a világegyetem tágulási ütemét leíró Hubble-állandót. A Hubble-űrtávcsövet (HST) és a Keck Obszervatórium adaptív optikai (AO) rendszerét együtt vetették be három gravitációsan lencsézett kvazár megfigyelésére. Ezt a módszert földi távcsövekkel még nem alkalmazták. „Több mint húsz éve, amikor elkezdtem dolgozni ezen a problémán, a műszereink teljesítőképessége komolyan korlátozta a megfigyelésekből kinyerhető hasznos információ mennyiségét” – vázolja a probléma hátterét Chris Fassnacht, az UC Davis fizikaprofesszora, a kutatócsoport egyik tagja. – „Ebben a programban alkalmaztuk elsőként a Keck Obszervatórium adaptív optikáját a teljes analízis során. Régóta sejtettem, hogy az AO rendszerek egyszer sokat lendíthetnek az erőfeszítéseinken.”

A kutatócsoport kínosan ügyelt arra, hogy semmilyen szubjektív torzító hatás ne befolyásolhassa az eredményeiket, ezért az adatfeldolgozást vakon végezték. Ez azt jelenti, hogy még saját maguk elől is leplezték a végeredményt mindaddig, amíg bizonyossá nem váltak abban, hogy az összes elképzelhető hibaforrást tekintetbe vették az analízis során. Ezáltal elkerülhető volt a megerősítési torzítás, vagyis az a jelenség, hogy az ember akár tudat alatt is preferálhat egy olyan végeredményt, ami összhangban van az előzetes várakozásaival. „Amikor már úgy gondoltuk, hogy kezeltük az összes lehetséges problémát az adatfeldolgozás folyamatában, csak akkor fedtük fel a végeredményt, azzal a szigorú kikötéssel, hogy azt – legyen akár bármekkora őrültség is – feltétlenül publikálni fogjuk. Feszült, egyszersmind izgalmas pillanat volt” – avat be bennünket a műhelytitkaikba a kutatást vezető Geoff Chen, az UC Davis hallgatója.

Az így megállapított tágulási sebesség összhangban van a Hubble-állandó kozmológiai értelemben hozzánk közeli égitestek, például Ia típusú szupernóvák, vagy gravitációsan lencsézett rendszerek révén megbecsült értékeivel. Chen és munkatársai is az utóbbiakra támaszkodtak. Ez a friss eredmény tovább erősíti azt a felismerést, hogy valami nem stimmel a kozmológia sztenderd modelljével. A megfigyelések szerint ugyanis a világegyetem kezdetben rendkívül gyorsan tágult, a tágulás ezután a sötét anyag gravitációja miatt lassult, ám jelenleg ismét gyorsulóban van a rejtélyes sötét energia hatására.

A világegyetem tágulásának történetét a Hubble-állandó hagyományos méréseiből állították össze a kozmológusok, amelyek a távoli kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB), a 13,8 milliárd évvel ezelőtt bekövetkezett ősrobbanás maradványsugárzásának megfigyelésén alapulnak. Újabban egyre több kutatócsoport változatos módszereket alkalmazva, és a világegyetem különböző távoli vidékeit vizsgálva nyer több és több mérési eredményt a Hubble-állandó értékére. Ezek mind arra mutatnak, hogy a közeli és távoli égitesteken alapuló eredmények különböznek.

„Ez válság a kozmológiában” – teszi világossá Fassnacht. – „Noha a Hubble-állandó valóban állandó a térben mindenütt egy adott időpontban, ám nem állandó az időben. Amikor tehát összehasonlítjuk a különböző módszerekből származó eredményeket, a távoli égitestekből származó régi értéket hasonlítjuk össze a lokális világegyetemen alapuló modern értékekkel.” Ez arra utal, hogy vagy a CMB-mérésekkel van valami probléma – amit az UC Davis kutatói nem tartanak valószínűnek –, vagy a kozmológia sztenderd modellje szorul felülvizsgálatra, hogy eltűnjön belőle ez az ellentmondás.

A három megfigyelt gravitációsan lencsézett, többszörösen leképezett kvazár. Forrás: G. Chen, C. Fassnacht, UC Davis.

Az UC Davis kutatói a Keck Obszervatórium adaptív optikai rendszerét és második generációs közeli infravörös kameráját használták a megfigyeléseikhez. Chen és munkatársai három gravitációsan lencsézett kvazárt vizsgáltak. A kvazárok rendkívül nagy energiakibocsátású aktív galaxismagok, ám nagyon távol vannak tőlünk, ezért a fényük halovány. Néha azonban egy, a fényútba eső nagy tömegű galaxis által meggörbített tér eltérítheti a fénysugaraikat – ez a gravitációs lencsehatás. Ez megtöbbszörözheti a kvazárok képét, és ráadásul fel is erősíti azok fényét. A kvazárok fényessége nem állandó, hanem változatos időskálákon fluktuál. Mivel a gravitációs lencse által alkotott egyes képek fénysugarai különböző hosszúságú útvonalakon jutnak el hozzánk, így az egyes képek fényváltozásai időben elcsúszva figyelhetők meg. Ez a fáziskésés (ami a milliárd fényéves teljes úthosszak mellett néhány hónap, esetleg egy-két év nagyságú) arányos a Hubble-állandóval. A kutatók tehát a kvazárképek fényváltozásaiban jelentkező fáziskéséseket precízen kimérve dekódolták a világegyetem tágulását a megfigyeléseikből.

„A Hubble-állandó gravitációs lencsékkel történő mérésének legkritikusabb pontja a pontos és nagy felbontású képalkotás” – magyarázza Chen. – „Korábban a legjobb gravitációs lencséken alapuló Hubble-állandó mérések mind a Hubble-űrtávcsőtől származtak. Amikor felfedtük az eredményeinket, két dolog vált világossá. Egyrészt a méréseink összhangban voltak a korábbi, űrtávcsöves mérésekkel, bizonyítva, hogy a földi AO mérések annak lehetséges alternatívái. Másrészt kiderült, hogy a HST és az AO adatok együtt szolgáltatják a legprecízebb eredményeket.”

Most, hogy a módszer működőképessége beigazolódott, a csillagászok további lencsézett kvazárok megfigyelését tervezik, hogy közelebb juthassanak a kozmológia válságának feloldásához.

Forrás: Keck Obszervatórium

Hozzászólás

hozzászólás