Ritkább és simább a sötét anyag, mint gondoltuk

A kozmológia legizgalmasabb kérdése, hogy véges, vagy pedig végtelen-e az Univerzum

Az univerzum mintegy negyedét kitevő sötét anyag makacsul ellenáll a kozmológia ostromainak. Most csillagászok egy csoportja a távoli galaxisok fényének elhajlásából arra következtet, hogy a sötét anyag ritkább és egyenletesebb eloszlású, mint ahogy a korábbi modellek jósolták.

Európai és ausztrál kutatók a chilei European Southern Observatory szuperteleszkópját kihasználva olyan felvételeket készítettek az univerzum távoli vidékeiről, amelyek megváltoztatják a rejtélyes sötét anyagról kialakult képünket. A sötét anyag az az ismeretlen szubsztancia, amely a világegyetem teljes tömegének és energiájának jelentős részét – becslések szerint mindegy negyedét – adja, mibenlétéről mégis csak sejtéseink vannak. Éppen az nehezíti a vele való ismerkedést, hogy a sötét anyag tényleg teljesen sötét: a „rendes" anyagtól eltérően a fénnyel, de az elektromágneses sugárzás semmilyen más formájával sem lép kölcsönhatásba, ezért jelenlétéről és tulajdonságairól csak közvetett módon szerezhetünk információt.

A kutatás

A távoli galaxisokról készített új, nagy területeket lefedő felvételek elemzésével az Edinburgh-i Egyetem (Skócia), az Argelander Asztronómiai Intézet (Németország), a Leideni Egyetem (Hollandia) és a Swinburne Egyetem (Ausztrália) kutatói arra a megállapításra jutottak, hogy a sötét anyag a korábban gondoltnál kevésbé sűrű és egyenletesebb eloszlású.

A Monthly Notices of the Royal Astronomical Society című brit csillagászati szakfolyóiratban közölt eredmények finomítják a világegyetem fejlődéséről kialakított elméleti modelljeinket, ezáltal segítenek jobban megérteni, hogyan alakult az univerzum sorsa az ősrobbanás óta eltelt 14 milliárd évben. A nemzetközi kutatócsoport munkáját a Kilo Degree Survey (KiDS) elnevezésű projekt keretében az Európai Kutatási Tanács támogatta.

Forrás: NASA, ESA, STScI

Hogy feltérképezzék a sötét anyag eloszlását a mai univerzumban, a tudósok az ún. gyenge gravitációs lencseeffektust használták ki, amely a fény gravitáció általi elhajlításán alapul: a távoli galaxisokból érkező fény óriási anyagtömegek, például galaxishalmazok mellett elhaladva csekély mértékben irányt változtat. A jelenség kozmikus nyírásként ismert, különösen gyenge formáját nem galaxishalmazok, hanem a világegyetem nagyléptékű struktúrái okozzák, és a kutatók most erre az alig észlelhető hatásra voltak kíváncsiak.

Ahhoz, hogy a jelenséget minden eddiginél pontosabban sikerült kimérni, a chilei VLT Survey Telescope páratlan képminőségén kívül az innovatív szoftveres adatfeldolgozás is hozzájárult. Hogy az esetleges elfogultságot kiküszöböljék, a számításokat három adatsorral is elvégezték, amelyek közül kettő hamis volt, de hogy melyik volt az igazi, azt csak a legvégén fedték fel maguk számára. Az égbolt ekkora kiterjedésű területét eddig soha sem vizsgálták ennek a technikának a segítségével: az öt feldolgozott égi látótér együttesen 2200 teliholdat tesz ki, és 15 millió galaxist tartalmaz.

Komoly hiányosságai vannak a világegyetemről alkotott modellnek

Az új mérés eredményei ellentmondanak azoknak a korábbi jóslatoknak, amelyek a nagyon távoli univerzum tanulmányozása alapján fogalmazódtak meg. Az Európai Űrügynökség Max Planck műholdja által készített régebbi felvételek az égboltnak egy olyan területét ábrázolták, amely annyira messze van tőlünk, hogy az általunk látott képe a világegyetem nagyon korai, az ősrobbanáshoz időben közel eső állapotát jeleníti meg.

Ebből a képből kiindulva elméleti modell segítségével próbáltak arra következtetni, hogyan kellene a mai univerzumnak kinéznie. Az elméleti jóslat és a friss mérések közötti eltérés a modern világegyetem kialakulásáról alkotott modelljeink komoly hiányosságaira mutat rá.

Forrás: NASA/Hubble Space Telescope

Ahogy Massimo Viola, a Leideni Egyetem munkatársa elmondta, e legfrissebb mérési eredmények arra mutatnak, hogy „ a sötét anyag, amely az univerzum tartalmának mintegy negyedét teszi ki, kevésbé egyenetlenül oszlik el a kozmosz szövedékében, mint korábban gondoltuk".

Catherine Heymans az Edinburgh-i Egyetemről hozzátette: „Annak felderítése, hogy mi és hogyan történt a Nagy Bumm óta, elég összetett feladat, de a távoli égbolt további tanulmányozásával pontosabb képet alkothatunk a modern univerzum kialakulásának mikéntjéről." Konrad Kuijken, a KiDS projekt kutatásvezetője sokat vár a hamarosan meginduló újabb űrkutatási programoktól: „A jelen pillanatban érdekes ellentmondást látunk a KiDS és a Planck által felvázolt kozmológiák között. De a jövőbeni űrmissziók, például az Euklidész (Euclid) műhold és a Large Synoptic Survey Telescope révén lehetőségünk nyílik majd e mérések megismétlésére, és akkor talán jobban megértjük majd az univerzum valódi üzenetét."