Pontosan milyen ütemben tágul a világegyetem?

10123

A világegyetem térben egyenletesen tágul. Bárhonnan szemléljük és bármerre is nézzünk, tőlünk bizonyos kozmológiai – vagyis kellően nagy – távolságra lévő galaxisok a tér tágulása miatt a távolságukkal egyenesen arányos sebességgel távolodnak tőlünk. Mivel a fény véges sebességgel szeli át a köztünk húzódó térrészt, és az utazásának ideje alatt hullámhossza a tér tágulásával együtt növekszik, így a távoli galaxisok fénye kozmológiai vöröseltolódást szenved. Megjegyezzük, hogy ez nem azonos a térbeli mozgás révén fellépő Doppler-eltolódással, noha a két jelenség színképre gyakorolt hatása megkülönböztethetetlen. A tágulás pillanatnyi ütemét leíró paramétert Hubble-állandónak nevezzük.

A Hubble-állandó a világegyetem egyik alapvető jellemzője, így a csillagászok érthető módon nagy erőfeszítéseket téve törekszenek mind pontosabb megmérésére. Egészen a közelmúltig erre a mérésre csak két igazán alkalmas módszert ismertünk. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásnak (CMB) és a távoli szupernóváknak a vizsgálata adott a kezünkbe mérőeszközt az univerzum tágulási ütemének megállapításához. Ám a két módszer egymásnak ellentmondva némileg eltérő eredményt szolgáltat. A szupernóvák vizsgálata valamivel nagyobb tágulási ütemet eredményez, mint amit a Planck űrszonda legpontosabb CMB mérései. Vagy valamelyik mérés hibás, vagy a számítások során figyelembe vett kozmológiai, fizikai modellek pontatlanok.

A közelmúltban azonban újabb eszköz került a kozmológusok kezébe a Hubble-állandó megmérésére, a kérdés lehetséges eldöntésére: a gravitációs hullámok. Mint beszámoltunk róla, ezzel a független módszerrel sikerült megbecsülni a GW170817 jelű gravitációshullám-eseményt kiváltó égitest, egy összeolvadó neutroncsillag-kettős távolságát. Ez volt az első olyan megfigyelt gravitációshullám-forrás, amelynek elektromágneses utófénylését is sikerült azonosítani, megnyitva a többcsatornás csillagászat új korszakát. Az esemény a Hubble-állandó független mérésére is alkalmas volt. Ám az első tanulmány eredményét még jókora hibával terhelte az összeolvadó neutroncsillag-pár pályasíkjának nem pontosan ismert térbeli helyzete.

Rádiócsillagászati pillanatfelvételek az anyagkidobódás folyamatából. A rendkívül nagy felbontás annak felel meg, mintha egy ember hajszálait különböztetnénk meg 5 km távolságból. Kattintásra videós animáció nyílik. Forrás: Ore Gottlieb és Ehud Nakar (Tel Aviv-i Egyetem) videója.

A Princeton Egyetem posztdoktori kutatója, Kenta Hotokezaka által vezetett nemzetközi kutatócsoport egy hosszabb méréssorozattal most pontosítani tudta a korábbi becslést. Ehhez nagyon nagy felbontású rádiócsillagászati idősor-felvételeket készítettek közel 300 napon keresztül. A felvételsoron tulajdonképpen megelevenedik egy, a neutroncsillagok összeolvadását követő, rendkívüli energiájú anyagkidobódás folyamata. Az események szuperszámítógépes modellezésével a csillagászok lényegesen pontosítani tudták a szülőégitest térbeli orientációját és távolságát, így pedig a Hubble-állandó értékét is kisebb hibahatárral tudták megállapítani.

Kék görbével a Hubble-állandó most pontosított értékének valószínűségi eloszlása az itt ismertetett tanulmány szerint. A narancssárga görbe az ugyanezen esemény korábbi vizsgálatából becsült Hubble-paraméter valószínűségi eloszlását mutatja. A zöld és rózsaszín sávok a CMB és a szupernóva-mérések által szolgáltatott, egymástól némileg elkülönült tartományokat jelölik. Forrás: K. Hotokezaka et al., Nature Astronomy, 2019. július 8.

Míg a Hubble-paraméter értékét ugyanezen esemény korábbi vizsgálatából 66 és 90 km/s/Mpc közé tették, a mostani, jóval precízebb eredmény szerint a világegyetem tágulásának mértéke jelenleg 65,3 és 75,6 km/s/Mpc között lehet. Ezt a javulást szemlélteti a fenti ábra. A lecsökkent hibatartomány már igen jónak számít, és különösen figyelemre méltó annak fényében, hogy egyetlen égitest megfigyeléséből számították. Ám a pontosság még így sem elegendő ahhoz, hogy nagy bizonyossággal választhassunk a CMB és a szupernóvák megfigyeléséből számított két, egymásnak ellentmondó lehetőség közül. Hotokezaka és munkatársai szerint 15 további gravitációshullám-esemény elektromágneses megfigyelésekkel kiegészített hasonlóan részletes elemzése, vagy 50–100 további csak gravitációs hullámok révén megfigyelt összeolvadási esemény tanulmányozása lesz szükséges a Hubble-állandó döntő pontosságának eléréséhez.

Forrás: Princeton Egyetem

Hozzászólás

hozzászólás