Talán mégsem találták meg az ősrobbanás nyomait

A mikrohullámú háttérsugárzást a Déli-sarkvidéken működő BICEP2 műszerrel végezte kilenc éven át a John Kovac vezetésével dolgozó nemzetközi kutatócsoport

Átütő felfedezés az ősrobbanás nyomairól – így írt azoknak a gravitációs hullámoknak a felfedezéséről az Origo, amelyek a világegyetem születésekor indulhattak el. Az eredmény elvileg közelebb vitt volna az ősrobbanás utáni események megértéséhez. Mostanra komoly kétségek merültek fel arra vonatkozóan, mit bizonyítanak és mit nem az antarktiszi mérések. Alapvetően nincs gond, mert így működik a tudomány.

A felfedezés

Miért következett be kozmikus felfúvódás (infláció) az ősrobbanás után? Valóban vannak gravitációs hullámok? Megszülethet-e a kvantumgravitáció? Mindezek megértését segítette volna, illetve bizonyítékként szolgálhatott volna az a felfedezés, amelyet kilenc évi megfigyelés után márciusban jelentettek be a Harvard-Smithsonian Asztrofizikai Központ csillagászai.

Albert Einstein 1916-ban jósolta meg a téridő görbületének hullámszerűen terjedő megváltozását, de a gravitációs hullámokat eddig még nem sikerült kimutatni. Az elméletek szerint a gravitációs hullámok nagy tömegű égitestek mozgásakor keletkeznek, és energiát szállítanak el a forrástól. Azt is régóta feltételezték, hogy az ősrobbanáskor a hirtelen tágulás miatt gravitációs hullámok indultak, amelyek nyomot hagyhattak a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásban, ahogyan a partot mosó hullámok is fodrokat alakítanak ki az iszapban. A háttérsugárzás mindenhol jelen van, az egész univerzumot kitölti, mert még az első csillagok és galaxisok születése előtt keletkezett.

A mikrohullámú háttérsugárzást a Déli-sarkvidéken működő BICEP2 műszerrel végezte kilenc éven át a John Kovac vezetésével dolgozó nemzetközi kutatócsoport Forrás: National Science Foundation/Keith Vanderlinde

Ebben találták meg a Harvard-Smithsonian kutatói a „homokfodrokat”, azaz a legősibb gravitációs hullámok nyomait. Ehhez egy, az Antarktiszon üzembe helyezett távcsövet, a BICEP2-t használták, amellyel a mikrohullámú háttérsugárzás irányát lehet vizsgálni. Azt azonban márciusban is hangsúlyozták, hogy eredményeik még megerősítésre várnak. Nos, úgy tűnik, hogy a megerősítés elmarad, sőt talán éppen a megfigyelés cáfolata születik meg, de legalábbis kételyek merültek fel az értelmezést illetően.

A kérdőjelek

Már a BICEP2-kutatócsoport bejelentésének másnapján óvatosságra intett a Kanadában működő nemzetközi elméleti fizikai kutatóintézet, a Perimeter Intézet igazgatója, Neil Turok a physicsworld.com-on. Turok a téma legkiemelkedőbb szakértői közé tartozik, az 1990-es években Stephen Hawkinggal közösen modellt dolgozott ki a Nagy Bummot követő felfúvódás menetének leírására. Most ő hívta fel a figyelmet a BICEP2 sajtótájékoztatóján elhangzottakra, miszerint az alkalmazott kozmológiai modellen (a Lambda-CDM-en) bizonyos trükköket kell végrehajtani, hogy eredményeik összhangba kerüljenek a modellel. Turok szerint viszont ezek a trükkök meglehetősen durvák voltak.

Forrás: BICEP2 Collaboration

A BICEP2 felfedezés értékelése májusban a Kaliforniai Műszaki Egyetemen, a kozmológiai eredetű gravitációs hullámokról tartott konferencián folytatódott. Ekkor a hírekre már a The Washington Post is reagált. A lap rámutat, hogy a kételkedők szerint a BICEP2 csoport kutatói nem megfelelően korrigálták az adataikat, ezért nem ősrobbanás maradványát látták, hanem csak a saját Tejútrendszerünkben lévő port. A napilap a legendás csillagászt, Carl Sagant idézte, aki szerint a „rendkívüli állítások rendkívüli bizonyítékokat igényelnek”, itt azonban a rendkívüli bizonyítékok hiányoznak.

Afelől semmi kétség, hogy az antarktiszi kutatók valamit láttak az égen, mert méréseikből nagyon gondosan kiiktatták a távcsőből eredő műszerhibákat. Amit megfigyeltek, az a mikrohullámú háttérsugárzás, vagyis az ősrobbanásból eredő elektromágneses hullámok polarizációja. Ezt a polarizációt (a hullámok azonos irányú rezgését) azonban legalább két tényező okozhatja – lehet, hogy csak az egyik vagy csak a másik, valószínűbb azonban, hogy a kettő együttesen, de nem tudjuk, milyen arányban. Az egyik tényező az ősrobbanásból eredő gravitációs hullámok hatása, a másik az előtérben, leginkább a Tejútrendszerben lévő por: a porszemcsékről történő visszaverődés ugyanis polarizálja az elektromágneses hullámokat.

John Kovac, az antarktiszi méréseket végző csoport vezetője viszont kitart a márciusban közzétett értelmezés mellett, miszerint a méréseikben talált polarizáció az ősi gravitációs hullámok lenyomatát őrzi. Azt viszont elismeri, hogy vannak bizonytalanságok, amelyek mindaddig meg is maradnak, amíg ősszel nyilvánosságra nem hozzák ez Európai Űrügynökség Planck-űrszondájának legújabb adatait. Ugyanakkor valószínűtlennek tartja, hogy eredményeikben a galaktikus előtér dominálna.

Az ESA Planck-űrszondája 2009-2013 között működött, az adatok feldolgozása még folyik. Az eredményektől várják a BICEP2 felfedezés megerősítését vagy cáfolatát Forrás: ESA/AOES Medialab

A várható bizonyíték

A BICEP2 csak az égbolt kis területét vizsgálta, a Planck-szonda viszont az egész égboltot feltérképezi, ráadásul több különböző hullámhosszon, ezért pontosan becsülhető lesz az előtérben lévő por hatása. A 2009-ben indított szonda egyik műszerével a 30–70 GHz közötti frekvenciákon három sávban, míg másik műszerével 100–875 GHz között hat sávban végzett méréseket 2012-ig, illetve 2013-ig. A kilenc detektor közül héttel lehetett a hullámok polarizációját is mérni. A Tejútrendszer mágneses terének hatására a csillagközi térben lebegő porszemek rendezetten helyezkednek el: minél erősebb a mágneses tér, annál rendezettebben. Minél rendezettebb a térbeli orientációjuk, annál erősebben polarizálják az elektromágneses sugárzást. Ez a polarizáció az, amelyet a BICEP2 mérésekről pontosan le kellene választani, hogy tisztán előtűnjék az ősi gravitációs hullámok által okozott rész.

A BICEP2 adatok kiértékelésekor azt tételezték fel, hogy az égbolt általuk vizsgált részén és az általuk vizsgált frekvencián (150 GHz) elhanyagolható mértékű az előtérből eredő, azaz a tejútrendszerbeli por okozta polarizáció. A Planck-szonda mérései alapján készült, a teljes égbolt polarizációját bemutató térképet ez év második felében fogják nyilvánosságra hozni (az egyik, 143 GHz-es frekvencia különösen érdekes, hiszen nagyon közel esik a Kovacék által használt 150 GHz-hez). Ennek alapján lehet majd megítélni, mennyire volt jogos a feltételezés, miszerint a Kovac-csoport által vizsgált égterületen elhanyagolható a Tejútrendszerből eredő polarizáció, illetve nagy biztonsággal pontosan szétválasztható lesz a két hatás. Némi zavart okozhat a kozmikus infravörös háttérsugárzás hatása, de mivel az polarizálatlan, inkább csak megnehezíti az adatok pontos elemzését, a lényegen – remélhetőleg – nem sokat változtat.

A Planck-adatoknak köszönhetően kiderülhet, pontosan mit is láttak az égen Kovacék kilenc éven keresztül. A kutatócsoport most legfeljebb azért bírálható, mert a BICEP2 mérések eredményét már márciusban világgá kürtölték, holott tudhatták, hogy folyik a Planck-eredmények feldolgozása. Meggyőzőbb adatokkal állhattak volna elő, ha lett volna türelmük ezt megvárni.

Az ESA Planck-űrszonda többek közt 353 GHz frekvencián térképezte fel a Tejútrendszer mágneses terét. A mágneses tér erősségére az elektromágneses hullámok polarizációjából lehet következtetni. A további hat frekvencián végzett mérések eredményét csak ősszel hozzák nyilvánosságra Forrás: ESA and the Planck Collaboration

Közléskényszer

Befejezésül nem érdektelen az esetből – vagy inkább annak általánosításából – valamilyen tanulságot levonni. Tragédia-e az, ha egy világrengetőként beharangozott felfedezéssel kapcsolatban néhány hónap elteltével kétségek merülnek fel? Nos, a legkevésbé sem. Az ügynek két olvasata lehet. Egyrészt, a tudomány fejlődésének ez a normális menete. Adott egy hipotézis – esetünkben az ősrobbanás elmélete és a felfúvódás –, amelyet a kutatók megpróbálnak igazolni vagy cáfolni. Ezért méréseket, megfigyeléseket végeznek, amelyek eredményét értelmezik. Mások más méréseket végeznek, vagy éppen ugyanazoknak a megfigyeléseknek az eredményeit másképp értelmezik.

A hipotézisek bizonyításának és cáfolatának ebből a végtelen láncolatából kristályosodik ki az a tudás, amelyet a tudomány mai álláspontja szerint elfogadottnak tekintünk. A dolog tehát ebből a szempontból teljesen rendben van, különösen, ha arról sem feledkezünk meg, hogy a konkrét esetben 13 milliárd évvel ezelőtt történt eseményeket próbálják meg felgöngyölíteni.

A Planck-űrszonda képe az Orion-köd egy részletéről a 143 GHz frekvencián. Ezen a hullámhosszon lesz a legérdekesebb összehasonlítani a Planck és a BICEP2 méréseinek eredményét, ha majd az előbbi a teljes égboltra rendelkezésre fog állni Forrás: ESA and the HFI Consortium

Másrészt a tudományos kutatót a felfedezés vágya hajtja. A kutatáshoz viszont pénz kell, szakterületenként változó mennyiségű, de általában sok. A források viszont végesek. Joggal feltételezhető, hogy a nagyszerűbb, mindenkit megmozgató felfedezések vagy a sok ilyent produkáló szakterületek hosszú távon több anyagi támogatásra számíthatnak.

Mitől világraszóló a felfedezés? Attól, hogy rangos szakfolyóiratokban megjelennek a róla szóló publikációk, és emellett lehetőleg híroldalakon, a napilapokban is a címlapra kerül. Publikálni kell tehát, minél gyorsabban, másokat megelőzve, no meg bizonyítani kell, hogy a felfedezés tényleg világraszóló. A publikációs kényszer nem hagy időt a várakozásra, az értelmezés elmélyült átgondolására, a minden részletre terjedő bizonyításra. Legfeljebb valaki megcáfolja az állítást, és így ő is ideig-óráig a címlapra kerülhet. A dolog tehát ebből a szempontból is rendben van, ha nem is teljesen: a legjobb, amit tehetünk, ha az új felfedezéseket saját tudásunkkal felvértezve kritikus szemmel igyekszünk fogadni.