72,5 kilométer/másodperc/megaparszek – ennyi a világegyetem tágulásának újfajta módszerrel megmért egységnyi sebessége. Az amerikai, francia, német és japán asztrofizikusokból álló kutatócsoport eredménye a brit Királyi Csillagászati Társaság folyóiratának idei első számában jelent meg. A csapat, amelynek vezetője Simon Birrer, a Kalifornia Egyetem csillagászati tanszékének kutatója volt, eddig sosem próbált módszerrel mért, így jutott az eddig a legpontosabbnak tartott értéknél 5,1-el nagyobb eredményre. Az utóbbi, 2018 júliusában publikált 67,4-es értéket az európai űrügynökség, az ESA Planck űrszondájának segítségével határoztak meg.

Parszekek és Hubble törvénye

Mindenekelőtt nem árt tisztázni, hogy az új érték azt jelenti, hogy ami a Földtől 1 megaparszek (Mpc), azaz 1 millió parszek (pc), vagyis 3,26 millió fényév távolságra látszik, az 72,5 km/s/Mpc sebességgel, vagyis óránként 261 000 kilométeres tempóban távolodik tőlünk. 

A lépték érzékeltetése kedvéért érdemes megjegyezni, hogy a becslések szerint 100-400 milliárd csillagból álló Tejútrendszer átmérője 30 kiloparszek, azaz 97 800 fényév, vagyis 9,5x10¹⁷ kilométer. A kozmológusok a világegyetem Földről megfigyelhető legtávolabbi objektumait 14,26 gigaperszek (Gpc) távolságra teszik. 

A tágulás sebességére vonatkozó érték pedig nem más, mint az úgynevezett Hubble-állandó, amelyet a legendás amerikai csillagász, Edwin Hubble 1929-es törvénye vezetett be a kozmológiába. 

Rockenbauer Antal, az ELTE és a BME elméleti fizika professzora korábban a Qubiten megírta, hogy a Hubble-törvény a fény Doppler-effektusán alapul. Vagyis ahogy a távolodó vonat füttye mélyül, úgy csökken annak a fénynek a frekvenciája is, amit egy tőlünk távolodó objektum, például egy szupernóva vagy kvazár bocsát ki. Ezt nevezik vöröseltolódásnak, amelynek mértéke árulkodik az égitest hozzánk mért sebességéről. 

Csakhogy, mint azt Rockenbauer kérdésünkre elmondta, a galaxisok nagy részének sokkal jelentősebb a vöröseltolódása, mint amit az ismert távolságú galaxisoknál találtak. Ebből következik, hogy az ilyen objektumok akár tízmilliárd fényév távolságra is lehetnek. Miközben az Einstein-féle relativitáselmélettel összhangban lévő ősrobbanás elfogadott teóriája 13,7 milliárd évesnél nem tartja öregebbnek világegyetemünket.

Kvazár és lencse

Az új eredményt a Földről megfigyelhető égitestek közül ilyen vöröseltolódású objektumok, a kvazárok vizsgálata alapján kapta a nemzetközi kutatócsoport. A feltételezések szerint ugyanis ezek az objektumok távolodnak tőlünk a legnagyobb sebességgel. A csak az úgynevezett gravitációs lencsézéssel, közelebbi galaxisokon keresztül megfigyelhető kvazárok röntgensugárzásuk alapján megbecsülhető tényleges fényessége és a látszólagos fényessége közötti különbségből megbecsülhető, hogy milyen messze is vannak: szinte mindig több milliárd fényévre. 

Jelen kutatás újszerűsége abban rejlik Rockenbauer szerint, hogy „kibővíti a korábbi négy lencsézett kvazárképre szorítkozó számításokat a sokkal gyakoribb két kvazárképből nyerhető információval. Ez pontosítja az eddigi becsléseket, de nem igényli az eddigi modell alapvető módosítását.” 

Inflációs, gravitációs és antigravitációs korszak

„A távolodás nem egyenletes, hanem a távolság függvényében gyorsul. Mára a csillagászok meghatározták az univerzum sugarát is, amit 46,6 milliárd fényévre becsülnek. Ez azért meglepő, mert a 13,7 milliárd év alatt csak akkor növekedhetett meg ekkorára, ha a növekedés sebessége átlagban háromszorosa volt a fény sebességének. 

Ezt a kozmológusok úgy értelmezik, hogy a speciális relativitáselmélet által szabott korlát csak az anyagi objektumok mozgására érvényes, és nem a tér tágulására, amelyben a galaxisok elhelyezkednek. Becslések szerint az ősrobbanás korai szakaszában, 10^-36 és 10^-32 másodperc között, az univerzum a fény sebességét nagyságrendekkel meghaladó tempóban fúvódott fel. Ez az infláció jelensége” – mondta Rockenbauer professzor.

Az asztrofizika jelenleg az univerzum három korszakát tartja számon. A kozmikus infláció addig tartott, míg a kezdeti hatalmas anyagsűrűség és hőmérséklet csökkenésével beindulhatott az elemi részecskék, majd az atomok felépülése és a fény megjelenése. Rockenbauer szerint az univerzum sötét korszakának megszűnése ma is nyomon követhető a minden irányból érkező mikrohullámú háttérsugárzás megfigyelésével. Az első csillagok és galaxisok megszületésével köszöntött be a gravitáció korszaka, amikor az univerzum tágulási üteme is lassulni kezdett. A jelenlegi kozmológiai elmélet szerint a gravitációs szakasz 7,5 milliárd évig tartott, ezután a tágulási sebesség ismét nőni kezdett. Ez az antigravitációs korszak, ami mindmáig tart. 

Az egyre pontosabb csillagászati megfigyelések alapján az 1980-as években megszületett, azóta kutatók több generációja által is módosított, jelenleg elfogadott Lambda CDM néven ismert teória szerint a tágulást a tér szerkezetéhez kapcsolható antigravitáció váltja ki, amely az univerzum teljes energiájának 69 százalékát kitevő sötét energiára vezethető vissza. 

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: