Kiderült, mikor volt a csúcson a Világegyetem

2012.11.27. 8:11

Egy nemzetközi csillagászcsoport feltérképezte, milyen lehetett a Világegyetem úgy 11 milliárd évvel ezelőtt. Meglepő felfedezésre jutottak, az Univerzum tágulását a hullámvasút mozgásához hasonlították.

A Világegyetem történetének eddig fel nem tárt korszakába sikerült behatolniuk csillagászoknak. Az Ősrobbanás a Hubble-űrtávcső eredményei szerint 13,75 milliárd évvel ezelőtt következett be. A 11 milliárd évvel ezelőtti időszak tehát még kozmológiai léptékkel mérve is régmúltnak számít, a Világegyetem fiatalkori állapotát sikerült tehát megfigyelni.

Forrás: NASA
A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás eloszlása a Világegyetem születése utáni pillanatokba nyújt betekintést (a NASA WMAP űrszonda mérései alapján)

A Világegyetem "csecsemőkorát" az Ősrobbanás maradványsugárzásának, az úgynevezett kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásnak a feltérképezésével már viszonylag jól ismerjük. Életének második feléről a távoli galaxisok eloszlása árulkodik. Az utóbbi ötmilliárd évben a Világegyetem valamilyen titokzatos erő, az úgynevezett sötét energia hatására - meglepő módon - egyre gyorsabb ütemben tágul.

Az Univerzum serdülőkora azonban mindeddig rejtve maradt a csillagászati műszerek elől. Most a kozmikus gázfelhők múltbeli eloszlásának vizsgálatával ebbe az időszakba is bepillanthatunk: akkori állapotát látjuk, mielőtt nekilendült volna a most megfigyelhető, gyorsuló tágulásnak. A kutatócsoport egyik tagja a Világegyetem tágulását a hullámvasút mozgásához hasonlította. Jelenleg azt az időszakot éljük, amikor a szerelvény egyre nagyobb tempóval száguld lefelé. A legújabb megfigyelésekkel azt az időszakot vették célba, amikor a szerelvény még csak a pálya tetőpontja felé kapaszkodott, mozgását a gravitáció egyre lassította. Méréseik szerint a Világegyetem hétmilliárd évvel ezelőtt érte el a hasonlat szerinti "tetőpontot".

Forrás: SDSS-III
A mérésekhez az Alfred P. Sloan Alapítvány 2,5 méteres távcsövét használták (Apache Point Obszervatórium, Új-Mexikó, USA)

Méréseik során az intergalaktikus, vagyis a galaxisok közötti hidrogénfelhők eloszlását térképezték fel (azok régmúltbeli állapotában) a kutatók. A nagyon távoli kvazárok fénye keresztülhalad a távoli hidrogénfelhőkön, amelyek a fény egy részét elnyelik. Ezért a kvazárokat megfigyelve színképükben megtaláljuk a hidrogén kozmikus eloszlásának a "lenyomatát". A hidrogén egyik jellegzetes színképvonal-sorozatának, az úgynevezett Lyman-alfa-erdőnek a tüzetes vizsgálatával meghatározhatók a kvazárok és a köztünk elhelyezkedő, intergalaktikus hidrogénfelhők fizikai tulajdonságai.

Az eljárást a 3. kép szemlélteti. A kvazárok a hasáb bal szélén helyezkednek el, a földi megfigyelő a jobb szélén. A megfigyelő ebben az esetben a Sloan Alapítvány 2,5 méter átmérőjű távcsövét jelenti. A kvazárokról a műszereinkbe érkező fény közben - a hasáb belsejében, vagyis a Világegyetemben évmilliárdok alatt megtett útja során - keresztülhalad az ott elhelyezkedő gázfelhőkön. Ezek viszont otthagyják "névjegyüket" a fény spektrális tulajdonságaiban.

Forrás: University of Portsmouth
A hidrogénfelhők nyomot hagynak a távoli kvazárok rajtuk keresztülhaladó fényén

A dolog neheze ezután következik, a mérési eredményeket háromdimenziós képpé kell összeállítani. Ehhez a "barionikus akusztikus oszcillációk" módszerét használták (lásd keretes írásunkat). Tavaly a csoport csillagászai tízezer kvazár színképét vizsgálták meg, ami kevésnek bizonyult a finom változások kimutatásához. Ezért az idén már ötvenezres mintát vizsgáltak át.

Forrás: University of Portsmouth
Tízmilliárd éve a Világegyetem tágulása még lassult, azután hét-ötmilliárd éve gyorsulni kezdett

Így már összeállt a kép a Világegyetem fejlődésének történetéről. Ez teljes összhangban van eddigi ismereteinkkel, miszerint a sötét energia Univerzumunk szerves részét alkotja. Új felfedezés viszont, először sikerült kimutatni a sötét energia működését akkor, amikor még nem kezdődött meg a gyorsuló tágulás.

Az eredményeket a 4. ábra foglalja össze. A vízszintes tengelyen a milliárd években mért idő látható, a 0 pont a jelennek felel meg. A függőleges tengely a Világegyetem tágulási sebességét mutatja. A régebbi mérések eredményei a diagram közepén sűrűsödnek, a mostani mérés a 10 milliárd évnél régebbi múltnak megfelelő pont. Látható, milyen jelentősen kiterjesztette ismereteinket a mostani vizsgálat. A diagramon jól követhető a tágulás kezdeti lassulása, majd a sötét energia működésbe lépése és ennek hatására a gyorsulóvá váló tágulás.

A kutatást folytatják, a jövőben 160 ezer kvazárra és másfél millió galaxisra akarják kiterjeszteni.

A barionikus akusztikus oszcillációk

Amikor a Világegyetem hőmérséklete körülbelül 3000 fokra csökkent, az elektronok megszűntek szóródni a sugárzáson (lecsatolódtak, az Univerzum átlátszóvá vált). A korábban az Univerzumot betöltő, hatalmas longitudinális hullámok ("hanghullámok") terjedési sebessége rohamosan zuhanni kezdett. A hullámok megőrizték ennek a pillanatnak az emlékét. Emiatt apró fodrozódások maradtak vissza a Világegyetemet alkotó anyag halmazokba tömörülésének mintázatában. Ezt a jelenséget illetik a nem túl elegáns "barionikus akusztikus oszcilláció" névvel, mert a közönséges atomos anyag atommagjait a gyűjtőnéven barionoknak nevezett protonok és neutronok alkotják. Ez új információval szolgál a galaxisok akkori méretére vonatkozóan.