Magyar felfedezés segíthet a világegyetem a titokzatos “hideg foltjának” megértésében

355

2004-ben a csillagászok a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásban a vártnál jóval hidegebb területet fedeztek fel, melynek létezésére egészen mostanáig nem tudtak kielégítő magyarázatot adni. Egy magyarok által vezetett kutatócsoport most meggyőző elmélettel állt elő.

Sugárzás a régmúltból

Univerzumunk kezdetben forró plazmából állt, mely áthatolhatatlan volt a fény és minden egyéb elektromágneses sugárzás számára. Ez a plazma az Ősrobbanás után nagyjából 380 000 évvel hűlt le annyira, hogy a benne szabadon mozgó protonok és elektronok hidrogénatomokká egyesüljenek. A világűrben ettől kezdve terjed akadálytalanul a fény, és a Világegyetem gyors tágulása miatt vannak olyan távoli területek, ahonnan csak ma érkezik ide az a sugárzás, melyet még ez az ősi plazma bocsátott ki 13,7 milliárd évvel ezelőtt. A tér folyamatos tágulása miatt e sugárzás hullámhossza időközben megnőtt, és jelenleg mikrohullámú sugárzásként ér el bennünket: ez világűrben minden irányból érkező kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás. A mikrohullámú háttérsugárzás az Ősrobbanás egyik legfontosabb bizonyítéka, amelynek vizsgálata alapvető fontosságú az univerzum fejlődésének megértése szempontjából.

A korai Univerzum hőtérképe

Az Ősrobbanás után a Világegyetemet kitöltő plazma nem volt teljesen homogén, előfordultak benne kisebb-nagyobb sűrűségingadozások, melyekből később az univerzum úgynevezett nagyléptékű szerkezetei, a galaxishalmazok tömörülései, illetve a közöttük lévő nagyobb üres térségek alakultak ki. E sűrűségingadozások – illetve a velük együtt kialakuló hőmérsékletingadozások – nyomot hagytak a ma megfigyelhető kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásban is.

A csillagászok csak az 1990-es évek elején, műholdas megfigyelésekkel – COBE, később WMAP, majd Planck – tudtak nyomára akadni ezeknek az igen enyhe, mikrokelvines nagyságrendű (a kelvin milliomod része) hőingadozásoknak, melyekből összeállt (és egyre pontosabbá vált) a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hőtérképe.

Hideg foltok a hőtérképen

Ezeken a térképen azonban van néhány furcsa terület. Ezek a hideg foltok, melyek közül a legjelentősebb, 2004-ben felfedezett példány 70 mikrokelvinnel tér el a háttérsugárzás átlaghőmérsékletétől, ami az átlagos hőingadozás négyszerese. A jelenség a Világegyetem keletkezését magyarázó jelenlegi fizikai modellben olyan kis valószínűséggel fordul elő, hogy mindenképpen magyarázatra szorul.

A Frei Zsolt (ELTE, Fizikai Intézet) által vezetett Lendület-kutatócsoport friss eredménye szerint az eltérést nagy valószínűséggel nem a mikrohullámú háttérsugárzás forrásának hőmérséklet-ingadozása, hanem egy, a forrás és Földünk között található óriási szupergalaktikus struktúra okozza egy kozmológiai jelenség, az integrált Sachs-Wolfe-effektus révén. Eszerint a hatalmas, anyagban ritka térrészeken áthaladó elektromágneses sugárzás hullámhossza nő, vagyis a sugárzás “lehűl”, a sűrűbb térrészeken áthaladva pedig csökken a hullámhossz, vagyis a sugárzás “felmelegszik”.

20150420_cmb_hideg_foltok_1
Hideg foltok a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hőtérképén. A magyarázatban magyar kutatóké a vezető szerep.

Galaxisszegény szemüvegen át hűvösebb a világ

Ezt a hatalmas, a Naprendszertől 3 milliárd fényévre található, galaxisokban igen szegény területet – úgynevezett szuperűr – egy háromdimenziós égtérképen sikerült azonosítani, melyet az ELTE vendégkutatójaként Hawaiin dolgozó Kovács András, aki fél éve fejezte be doktori munkáját az ELTE-n Frei Zsolt tanítványaként, a Pan-STARRS1 teleszkóp és a NASA Wide Field Survey Explorer (WISE) műholdjának látható, illetve infravörös tartományban készített felvételei alapján állított össze.

“Kutatócsoportunk két éve csatlakozott a Pan-STARRS égtérképező projekthez, amelynek távcsövét a Hawaii Egyetem építette, és amely projektben a világ mintegy 10 különböző intézete vesz részt. Ez az első olyan galaxis-felmérés, amely kellő mélységben lefedi az égnek azt a részét, ahol a „hideg folt” található. András kitartó munkájának eredménye, hogy mi készítettük el először az adatok alapján a felfedezést lehetővé tévő térképet” – mondja Frei Zsolt.

Túl sok véletlen

A Kovács András, Frei Zsolt és kutatótársuk, Szapudi István, a Hawaii Egyetem mukatársa, az ELTE-n működő Lendület-kutatócsoport külső tagja, aktív partnere által felfedezett szuperűr még saját kategóriájában is szokatlanul nagynak számít – a magyar csillagászok szerint 1,8 milliárd fényéves átmérőjével ez az ember által valaha felfedezett leghatalmasabb struktúra a Világegyetemben. Frei Zsolt szerint “ez olyan, mintha ezen a feltárt területen kb. 10 ezer galaxis hiányozna, az átlagos galaxissűrűség alapján várthoz képest”. Kovács András elmondta, hogy egy ilyen hatalmas szuperűr megjelenése önmagában is igen kis valószínűségű esemény, így kicsi az esély arra, hogy ugyanabban az irányban, tőle függetlenül megjelenjen egy hasonlóan valószínűtlen szélsőséges hőmérséklet-ingadozás a mikrohullámú háttérsugárzás forrásában. A jelenlegi mérési adatok alapján még nem jelenthető ki, hogy az észlelt anomáliáért teljes egészében a szuperűr tehető felelőssé, azonban a kutatócsoport tervei közt szerepel, hogy eddigi eredményeiket a Pan-STARRS1 és a sötétenergia-felmérés (Dark Energy Survey) újabb adatai alapján tovább pontosítsák.

Frei Zsolt kiemelte, hogy tavaly nyáron, amikor először konferencián előadták ezt, a folyóiratban most megjelenő eredményt, az olyan nemzetközi visszhangot váltott ki, hogy az akkor közzétett anyagok alapján a neves “New Scientist” folyóirat, a címlapján számolt be a felfedezésről. “Valószínűleg igen ritka, hogy Lendület-kutatócsoport eredménye, de akár csak magyar tudományos eredmény a New Scientists címlapjára kerüljön”, jegyezte meg az ELTE tanszékvezető egyetemi tanára, tudományos rektorhelyettese, az MTA-ELTE Lendület Asztrofizikai kutatócsoport vezetője.

20150420_cmb_hideg_foltok_2
A New Scientist tavaly nyári címlapja az új eredményt bemutató cikk címével.

A Világegyetem szerkezete

Az Univerzum nagyléptékű szerkezetét feltérképező megfigyelések már az 1970-es évek végén egyértelművé tették, hogy a galaxisok térbeli eloszlása nem egyenletes. A galaxisok hatalmas szuperklaszterekben csoportosulnak, melyeket falak és vékony szálak kötnek össze egymással. A köztes, közel gömbszimmetrikus régiókat voidnak nevezik. Ezek igen kevés galaxist tartalmaznak, tipikus méretük hozzávetőlegesen 150 millió fényév. A szuperűrök ennél is nagyobb léptékű struktúrák, melyek jellemzően több kisebb üreget tartalmaznak.

Hozzászólás

hozzászólás