A csillagászok évtizedek óta feltételezik, hogy az Univerzum minden irányban azonos sebességgel tágul. Az ESA XMM-Newton, a NASA Chandra és a német vezetésű ROSAT röntgenműholdak adatain alapuló új tanulmány azonban arra a következésre jutott, hogy a kozmológia ezen alapvető feltételezése talán mégsem helyes.
Konstantinos Migkas, a németországi Bonni Egyetem csillagászat és asztrofizika PhD kutatója és témavezetője, Thomas Reiprich eredetileg egy olyan új módszer kidolgozását tűzték ki célul, amely lehetővé tenné a csillagászok számára az úgynevezett izotrópia hipotézis tesztelését. E feltevés szerint az Univerzum – bizonyos lokális különbségek ellenére – nagy méretekben minden irányban azonos tulajdonságokkal rendelkezik.
Ez a széles körben elfogadott hipotézis a fizika alapvető törvényein alapul, és a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) megfigyelései is alátámasztják. A CMB, az ősrobbanás közvetlen maradványa, amely az Univerzum 380 000 év korú állapotát tükrözi, amikor a hőmérséklete annyira lecsökkent, hogy a fény már szabadon tudott terjedni a világűrben. A CMB egyenletes eloszlása az égbolton azt sugallja, hogy a korai időszakban az Univerzum tágulása minden irányban azonos sebességgel történt.
A mai Univerzumban azonban ez már nem biztos, hogy igaz.
„A Bonni Egyetem és a Harvard Egyetem kollégáival együtt vizsgáltuk meg 800, a Földhöz viszonylag közeli galaxishalmaz viselkedését” – mondja Konstantinos. „Ha az izotrópia hipotézis helyes lenne, akkor a halmazok tulajdonságai egységesek lennének minden irányban az égbolton. De valójában jelentős különbségeket láttunk.”
A csillagászok a galaxishalmazokat kitöltő rendkívül forró gáz hőmérsékletét mérték meg a röntgentartományba eső mérések segítségével, és ezeket az adatokat hasonlították össze azzal, hogy a halmazok mennyire fényesek az égbolton. Ugyanazon hőmérsékletű és hasonló távolságban elhelyezkedő halmazoknak hasonló fényességűeknek kellene lenniük. De a csillagászok nem ezt tapasztalták.
„Láttuk, hogy az azonos tulajdonságokkal rendelkező, hasonló hőmérsékletű halmazok kevésbé fényesek, mint amit az ég egy adott irányában elvárnánk, és fényesebbek annál, mint azt egy másik irányban várnánk” – mondja Thomas Reiprich. „A különbség elég jelentős, körülbelül 30%. Ezek a különbségek nem véletlenszerűek, hanem attól függenek, hogy a halmazok milyen irányban találhatók az égbolton.”
Mielőtt a széles körben elfogadott kozmológiai modellt megkérdőjelezték volna, Konstantinos Migkas és munkatársai először más lehetséges magyarázatokat vizsgáltak meg. Lehetséges például, hogy nehezen észlelhető gáz- vagy porfelhők takarása miatt egy adott területen a halmazok fényessége lecsökken. Az észlelési adatok azonban nem támogatják ezt a forgatókönyvet.
A világűr egyes régióiban a halmazok eloszlását befolyásolhatják az anyag nagyméretű mozgásai, amelyeket a rendkívül hatalmas struktúrák, például a nagy galaxishalmazok gravitációs vonzása okozhat. Ez a hipotézis azonban szintén valószínűtlennek tűnik. A kutatókat azonban meglepték az eredmények.
„Ha az Univerzum valóban anizotróp, még ha csak az elmúlt néhány milliárd évben is, az óriási paradigmaváltást jelentene, mivel minden halmaz mozgásának irányát figyelembe kellene venni, amikor azok tulajdonságait elemezzük” – mondta Konstantinos Migkas. „Például amikor megbecsüljük a nagyon távoli objektumok távolságát az Univerzumban, akkor azt azzal a feltételezéssel tesszük meg, hogy a kozmológiai paraméterek állandók. Úgy gondoljuk, hogy ezek a paraméterek mindenhol azonosak. De ha az eredményeink helyesek, akkor minden korábbi következtetésünket felül kellene vizsgálnunk.”
„Ez egy rendkívül izgalmas eredmény” – jegyzi meg Norbert Schartel, az ESA XMM-Newton projektjének kutatója. „A korábbi tanulmányok már sejttették azt, hogy a jelenlegi Világegyetem talán nem egyenletesen tágul minden irányba, de ezeknek az új eredményeknek – melyek során először végeztek ilyen tesztet galaxishalmazok röntgentartománybeli megfigyelésével – sokkal nagyobb jelentősége van”.
A kutatók azt gondolják, hogy az esetlegesen egyenetlen tágulást a sötét energia okozhatja – a kozmosz ezen titokzatos alkotóeleme -, amely a Világegyetem összes energiájának legnagyobb részét, körülbelül 69% -át teszi ki. Ma a sötét energiáról nagyon keveset tudunk, kivéve azt a megfigyelést, hogy felgyorsította az Univerzum tágulását az elmúlt néhány milliárd évben.
Az ESA közelgő Euclid űrtávcsöve, amelyet galaxisok milliárdjainak feltérképezésére és a sötét energia természetének vizsgálatára terveztek, segíthet a rejtély jövőbeni megoldásában.
„A megfigyelések igazán érdekesek, de a vizsgálatba bevont minta még mindig viszonylag kicsi ahhoz, hogy mélyreható következtetéseket lehessen levonni” – mondta René Laureijs, az ESA Euclid projektjének kutatója. „A rendelkezésre álló adatok alapján egyelőre többet nem mondhatunk, de ha valóban újra akarjuk értelmezni a széles körben elfogadott kozmológiai modellt, akkor további adatokra van szükségünk.”
Az Euclid pontosan ezt teheti meg. A 2022-ben indítandó űrtávcső képes lesz bizonyítani az Univerzum tágulásának izotróp vagy anizotróp voltát, és lehetővé teszi a kutatók számára, hogy több adatot gyűjtsenek a galaxishalmazok tulajdonságairól, amelyek alapján megerősíthetik vagy cáfolhatják a jelenlegi megállapításokat.
Hamarosan további adatokat fog szolgáltatni az eROSITA műszer is, amelyet a Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics épített és üzemeltet. A nemrégiben elindított német-orosz Spektr-RG műhold végzi el a teljes égbolt első közepes energiájú röntgentartománybeli feltérképezését, amely legfőképp több ezer olyan galaxishalmazra fog fókuszálni, amelyek paraméterei korábban ismeretlen voltak.
Forrás:
- http://spaceref.com/astronomy/rethinking-cosmology-the-universes-expansion-may-not-be-uniform.html
- ‘Probing cosmic isotropy with a new X-ray galaxy cluster sample through the LX−Tscaling relation’ by K. Migkas et al. (2020) is published in Astronomy & Astrophysics (DOI: 10.1051/0004-6361/201936602).
Köszönetnyilvánítás:
A cikk az Innovációs és Technológiai Minisztérium ÚNKP-19-4 kódszámú Új Nemzeti Kiválóság Programjának szakmai támogatásával készült.
