Az Univerzum sorsára keresi a választ a NASA WFIRST teleszkópja

4780

Habár kutatók már felfedezték, hogy a sötét energia néven elhíresült, titokzatos, taszító jellegű kölcsönhatás teszi ki a kozmosz teljes energiájának körülbelül 68%-át, egyelőre ennél többet nem nagyon tudunk róla. A sötét energia természetének feltérképezése az egyik fő oka annak, hogy a NASA munkatársai dolgoznak a Wide Field Infrared Survey Telescope (WFIRST) infravörös teleszkópon, melynek mérései segítenek majd megoldani e misztikus energia körüli rejtélyt. A sötét energia részletesebb megismerésével az Univerzum múltját és jövőbeli fejlődését is jobban fogjuk majd érteni.

Művészi elképzelés a NASA WFIRST teleszkópjáról, mely számos kozmikus jelenséget, többek között a sötét energiát fogja kutatni. (NASA’s Goddard Space Flight Center)

Táguló világegyetem

A 20. századig a legtöbb ember úgy gondolta, hogy az Univerzum statikus, gyakorlatilag változatlan marad a végtelen idők során. Mikor Einstein 1915-ben kidolgozta a relativitáselméletet, leírva benne, hogyan hat a gravitáció a téridőn, értetlenül állt az előtt, hogy az elmélet szerint a világegyetemnek vagy tágulnia kell, vagy összehúzódnia. Kis változtatásokkal megőrizte a statikus Univerzum képét, amihez bevezette a kozmológiai konstanst, annak ellenére, hogy annak valós létezésére semmilyen bizonyítéka nem volt. Ez a titokzatos erőhatás tartott ellen a gravitációnak, hogy minden a helyén maradhasson.

Azonban az 1920-as évek végére érve Georges Lemaitre csillagász, majd Edwin Hubble is felfedezték, hogy a galaxisok nagyon kevés kivétellel távolodnak egymástól. Az Univerzum egyáltalán nem statikus, hanem, mint egy lufi, folyamatosan tágul. Következésképpen, ha képzeletben visszafordítjuk ezt a tágulást, valamikor a múltban lennie kellett egy olyan pillanatnak, mikor az Univerzumban minden szinte elképzelhetetlenül forró és sűrű volt. A WFIRST küldetésről és a sötét energiáról szóló rövid bemutató videót angol nyelven alább tekinthetik meg:

Az Univerzum vége: tűz vagy jég? 

Az Ősrobbanás elmélete az Univerzum tágulását és fejlődését egy kezdeti elképesztően forró és szupersűrű állapotból indítja. Az elmélet szerint a gravitáció idővel lelassítaná, akár teljesen meg is fordítaná ezt a tágulást. Ha elegendő anyag lenne az Univerzumban, a gravitáció felülkerekedne a táguláson és az egész egy tüzes Nagy Reccs során összeomlana.

Ha nem így van, a tágulásnak sosem lesz vége – a galaxisok tovább és tovább távolodnak egymástól, amíg kívül nem érnek a megfigyelhető Világegyetemen. Távoli leszármazottainknak talán fogalmuk sem lesz más galaxisok létezéséről, mert túlságosan messze lesznek ahhoz, hogy lássák őket. A modern csillagászat java része egy napon egyszerű legendává válhat, ahogyan az Univerzum szépen lassan jeges sötétségbe burkolódzik.

Az Univerzum nem csak tágul – gyorsul is

A csillagászok a tágulás sebességét földi teleszkópokkal és relatíve közeli szupernóva-robbanások segítségével ki tudták mérni. A rejtély tovább fokozódott, mikor 1998-ban a Hubble-űrteleszkóp távolabbi szupernóva-méréseiből megtudtuk, hogy a múltban valójában lassabban tágult az Univerzum, mint napjainkban. A tágulás tehát nem lassul a gravitáció hatására, ahogyan azt korábban hitték. Éppen ellenkezőleg, egyre gyorsul.

Térjünk vissza napjainkhoz. Továbbra sem tudjuk, hogy pontosan mi okozza ezt a gyorsulást, de nevet már adtunk neki – ez a sötét energia. Ezt a titokzatos kölcsönhatást korábban nem tudták kimutatni, mert lokálisan annyira gyenge, hogy a gravitáció az emberek, bolygók, de akár még a galaxisok méretskáláján is jóval erősebb. Csupán intergalaktikus távolságokon lesz észlelhető, mint valamilyen gyenge ellenhatása a gravitációnak.

Mi az a sötét energia? 

De egészen pontosan micsoda a sötét energia? Egyelőre meglehetősen keveset tudunk róla, de elméleti szakembereknek már van néhány lehetséges magyarázata. A kozmikus gyorsulást okozhatja egy új energiakomponens, mellyel kissé módosítani kéne Einstein relativitáselméletén. Az is elképzelhető, hogy a kozmológiai konstans, melyet Einstein élete legnagyobb baklövésének tartott, mégiscsak valódi.

Egy alternatív teória, hogy Einstein gravitációelmélete kozmológiai skálákon egyszerűen nem működik. Ha ez a helyzet, akkor új elméletet kell felállítanunk, mely el tud számolni a megfigyelhető kozmikus gyorsulás jelenségével is. Egyelőre nem tudjuk, mi a megfelelő magyarázat. A WFIRST misszó segíteni fog ennek eldöntésében.

A WFIRST megvilágítja a sötét energiát

Korábbi kutatások során sikerült némi információt szerezni, de egyelőre nincsenek olyan eredmények, melyek egyértelműen az egyik magyarázatot támasztanák alá a többivel szemben. A Hubble kamerájával megegyező felbontással, de annál százszor nagyobb látómezővel a WFIRST korábban soha nem látott, óriási felvételeket fog készíteni az Univerzumról. Az új misszió úgy fogja előremozdítani a sötét energia misztikumának kutatását, ahogyan más teleszkópok egyelőre nem képesek. Fel fogja térképezni, hogyan oszlik el és hogyan struktúrálódik az anyag a kozmoszban, valamint rengeteg távoli szupernóvát is ki fog mérni. Az eredményekből láthatjuk majd, hogyan hat a sötét energia a Világegyetem szerkezetére, illetve, hogy vajon változott-e ez a hatás a kozmikus történelem során.

A küldetés során háromféle feltérképezési módszert fognak bevetni a sötét energia természetének kiismerésére. A magas szélességű spektroszkópiai felmérés (High Latitude Spectroscopic Survey) több millió galaxis pontos távolságát és pozícióját fogja meghatározni. A galaxisok távolsággal változó eloszlását kimérve bepillantást nyerünk majd a sötét energia évmilliárdokat átölelő evolúciójába. A tanulmány össze fogja kötni a galaxisok távolságait az Ősrobbanás után közvetlenül induló hanghullámok visszhangjaival is, hogy megvizsgálja Einstein gravitációelméletét az Univerzum élettartamára nézve.

G299 jelű Ia típusú szupernóva robbanást követő maradvány a Tejútrendszertől mintegy 16000 fényév távolságra. (NASA/CXC/U.Texas)

High Latitude Imaging Survey galaxisok és galaxishalmazok millióinak fogja a távolság- és méreteloszlását megvizsgálni. Nagy tömegű objektumok roppant nagy gravitációja meghajlítja a téridőt, így a távolabbi galaxisok képe eltorzul. A torzulás fokának megállapításával kikövetkeztethető a tömeg eloszlása az Univerzumban. Ez magába foglalja az összes olyan anyagot, melyet közvetlenül látunk (pl. csillagok), de a sötét anyagot is – a másik sötét kozmikus misztikumot, amelyet csak a normál anyagra gyakorolt gravitációs hatásán keresztül tudunk észlelni. A felméréssel új információink lesznek az Univerzum nagyléptékű struktúráinak növekedéséről, valamint arról, hogy hogyan hat minderre a sötét energia.

A WFIRST egy bizonyos típusú csillagrobbanást is vizsgálni fog, melynek megfigyelései vezettek a gyorsuló tágulás felfedezéséhez. Az Ia típusú szupernóvák akkor keletkeznek, mikor egy fehér törpecsillag felrobban. Az Ia típusú szupernóvák maximális abszolút fényessége a fényváltozásuk alakjából meghatározható, ezzel standard gyertyaként használhatóak. Ez azt jelenti, hogy csillagászok ki tudják mérni, hogy milyen messze vannak pusztán az alapján, hogy milyen fényesnek látszanak a Földről nézve – természetesen minél távolabb vannak, annál halványabbnak látjuk őket. Különböző hullámhosszakon vizsgálva a szupernóvák fényét az is kideríthető, hogy mennyire gyorsan távolodnak tőlünk, azaz mekkora a vöröseltolódásuk. A távolságukat a vöröseltolódásukkal kombinálva látni fogjuk, hogyan változott a sötét energia az idők során, mellyel összevethetjük majd a két magas szélességű felmérés eredményeit.

Ha felfedezzük, hogyan hatott az Univerzum tágulására a sötét energia a múltban, jobban fogjuk tudni azt is, hogy miként fogja befolyásolni a tágulást a jövőben. Ha tovább gyorsítja a tágulást, a jövőnk talán a Nagy Szakadás eseményét tartogatja számunkra. Ebben az esetben a sötét energia idővel dominánssá válik a fundamentális erők között. A sötét energia természetének feltárásával megvizsgálhatjuk, és talán meg is jósolhatjuk majd az Univerzum sorsát.

További információk a WFIRST misszióról ezen a linken elérhetőek.

Forrás: NASA JPL

Hozzászólás

hozzászólás