Bár az elmúlt hetekben számtalan olyan írás született, ami azt állította, hogy a James Webb űrteleszkóp által készített legújabb felvételek rácáfolnak mindarra, amit a világegyetem keletkezéséről eddig gondoltunk, korai lenne kidobni az ősrobbanásról alkotott alapvető képünket. Az viszont nem lenne meglepő, ha a 10 milliárd dolláros űrteleszkóp kiterjesztené a korai világegyetemről eddig összegyűjtött ismereteinket, hiszen pontosan ez küldetésének célja.

Az elmúlt hetekben több kutatócsoport egymással versengve tette közzé az eddig látott legősibb és legtávolabbi galaxisjelölteket az új űrteleszkóp képein. Amint arról nemrég a Nature és a Sky&Telescope is beszámolt, ezek az ősi galaxisjelöltek egyes esetekben a vártnál jóval nagyobbak és komplexebbek.

„Én az óvatosabbak közé tartozom, és megvárom a második kört, a nyaralási időszak végét, amikor konferenciákon is megvitatásra kerülnek ezek az érdekes eredmények”– válaszolta Kovács András, a Kanári-szigeteki Asztrofizikai Intézetben (IAC) dolgozó kutató a Qubit kérdésére, ami a minden korábbinál távolibb galaxisokat bejelentő kutatások megbízhatóságára vonatkozott.

A kutató úgy véli, hogy a témában megjelent preprintek (peer-review-n nem átesett publikációk) nagy száma miatt nehéz követni, hogy melyik kutatócsoport milyen bemeneti adatokat használt, miként vágta meg azokat, és mennyire konzisztensek az eredmények a rivális csoportok között. Kovács szerint van már olyan szakcikk is, amely az űrteleszkóp pontosított kalibrációja után lényegesen közelebbre saccolja a korábban nagyon távolinak vélt galaxisok többségét.

Az univerzum 13,78 milliárd éve az ősrobbanás felfoghatatlanul sűrű és forró szingularitásából gyors kezdeti tágulásnak indult – ezt nevezik kozmikus inflációnak. A tágulás ezután lassabb ütemben folytatódott, majd 5,4 milliárd éve gyorsulni kezdett, létrehozva a ma közel 2 billió galaxist tartalmazó világegyetemünket.

Az ősrobbanás és a ma elfogadott, Lambda-CDM-nek nevezett standard kozmológiai modell jól megmagyaráz számos csillagászati megfigyelést: a világegyetem gyorsulva tágulását, az univerzum korai szakaszából visszamaradt elektromágneses sugárzást (CMBR, kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás), a legkönnyebb elemek, mint a hidrogén és hélium gyakoriságát, valamint a galaxisok által alkotott nagy kiterjedésű struktúrákat.

A James Webb 6,5 méteres főtükrével a valaha volt legnagyobb űrteleszkóp, amely elsősorban infravörös tartományban vizsgálja a kozmoszt. Egyik fő célja a legkorábbi galaxisok megfigyelése, amelyek kevesebb mint 400 millió évvel az ősrobbanás után alakultak ki. A tavaly karácsonykor indított űreszköz beüzemelése és műszereinek kalibrációja több hónapig tartott; a teleszkópot üzemeltető amerikai űrhivatal, a NASA július 12-én mutatta be az első felvételeket.

Mi a helyzet akkor, ha közelebb vannak a feltételezett galaxisok?

A fény (elektromágneses sugárzás) hullámhossza az univerzum tágulásával, a Földtől nagyon távoli objektumok esetén jól észlelhető mértékben nő. A vöröseltolódásnak (z) nevezett jelenség miatt a látható fényhez képest nagyobb hullámhosszú, nagyrészt közeli és közép-infravörös tartományban mérő James Webb az univerzum nagyon korai eseményeit is képes feltárni.

Az űrteleszkóp első adataira alapozva egyes kutatócsoportok elképesztően távoli galaxisjelölteket javasoltak preprintjeikben, egészen 20-as vöröseltolódás értékig, ami elméletben 180 millió évvel az ősrobbanás utáni formálódásnak felelne meg. Mások reálisabbnak tűnő, 11-es és 12-es vöröseltolódású galaxisjelölteket feltételeznek, amelyeknek így 300-400 millió évvel az ősrobbanás utáni formáját látnánk.

Egyes azonosított galaxisok látszólag a vártnál masszívabbak, éa a Tejútrendszer tömegének 1 százalékát tartalmazzák. A galaxisok nemcsak nagyobbak és bonyolultabb szerkezetűek a vártnál, hanem kémiai összetételükben is komplexebbek lehetnek. A Nature szerint egy vizsgálat azt találta, hogy az 5-ös és nagyobb vöröseltolódású (12,5 milliárd évnél idősebb) galaxisokban meglepően sok oxigén van.

Kovács szerint időközben kiderült az is, hogy egy-egy galaxis sokszor csak egy adott publikációban került be a legtávolabbiak közé. Mint hozzátette, vannak olyan szakemberek, akik azt feltételezik, hogy a nagy vöröseltolódásokat eredményező, úgynevezett fotometrikus vöröseltolódáson alapuló becslések több hasonlóan valószínű megoldás közt jöttek ki. Ennek oka egyszerűen a néhány színszűrűből érkező kevés adat és a galaxisok nagy változatossága is lehet. Az asztrofizikus ezért azt valószínűsíti, hogy a spektroszkópiai megerősítő megfigyelések minden elérhető megfigyelési programban prioritást kapnak a közeljövőben, mert tisztázni kell a lehetséges feszültségeket az adatok közt.

„Amennyiben a kérdéses James Webb-féle galaxisok közelebb vannak [azaz több idejük volt az ősrobbanástól számítva fejlődni], mint ahogy a korai cikkek állítják, akkor szinte automatikusan a standard kozmológiai modell jóslatai és a megfigyelési eredmények közti feszültség is csökken” – válaszolta Kovács a korai eredmények lehetséges implikációit firtató kérdésünkre.

Ennek részben az az oka Kovács szerint, hogy az univerzum egy későbbi szakaszában már előrébb tart a kozmikus struktúrák és galaxisok növekedése, tehát egy nagyobb, nehezebb, részletgazdagabb galaxis kevésbé számítana ritkának, mint a korai univerzumban. Emellett, mint hozzátette, néhány milliárd évvel később már nagyobb kozmikus térfogat áll rendelkezésre az univerzum tágulása miatt, így az egy térfogategységre jutó, adott tömegsávba eső galaxisok statisztikájában is kevésbé számítana ritkának egy a megfigyeltekhez hasonló galaxis.

És mi a helyzet, ha távol vannak, ahogy azt a kutatócsoportok állítják?

Kovács szerint a távolság tekintetében fontos megszólaló Michael Boylan-Kolchin, a Texasi Egyetem csillagásza, akit a Sky&Telescope cikke is említett. Az amerikai kutató saját preprint cikkében bemutatta, hogy mi is lehet az anomália. Amint a magyar kutató elmagyarázta, a Lambda-CDM modell arra tesz jóslatokat, hogy adott sötét anyag és barionikus anyag (a látható anyag nagy része, például protonok és neutronok) sűrűsége mellett mekkora lehet a galaxis teljes tömegéhez képest a csillagaiban található tömege.

Ha valóban olyan távol vannak a James Webb-galaxisok, mint azt az első körös cikkek szerzői állítják, folytatta Kovács, akkor az egyik lehetőség, hogy sokkal több barionos anyag van jelen a sötétanyag-halókban [ez a kozmológiai struktúra alapegysége, amely saját régiójában galaxisokat tartalmazhat] a korai univerzumban, mint azt a kutatók várták. A másik lehetőség, hogy nagyon ritka statisztikai fluktuációról van szó, és pont egy olyan részét nézték meg a teljes megfigyelhető univerzumnak, ami ilyen ritka tulajdonságokkal bír, azaz ebben az esetben ott vannak a legnagyobb és legnehezebb galaxisok egy sokkal nagyobb kozmikus térfogaton belül. Az asztrofizikus szerint a kérdés megválaszolásának kulcsa egyértelműen több, a James Webbtől és más megfigyelésekből érkező adat lesz.

„Ahogy nagyon sok más eredménynél a csillagászatban, és különösképp a kozmológiában, itt is a megfigyelési eredmények és elméleti érvek megfelelő súlyozása a legfontosabb” – jegyezte meg a kutató. A standard Lambda-CDM modellt a James Webb-féle eredmények miatt felmerült kérdések mellett további kritikák is érik, magyarázta az asztrofizikus. Ezek okai részben az univerzum jelenlegi tágulási ütemének anomáliáira és a sötét anyag jelenkori csomósodásában tapasztalt problémákra vezethetők vissza.

Kovács szerint ugyanakkor fontos látni, hogy a Lambda-CDM elmélet rendkívül flexibilis: lehet változtatni a sötét anyag mennyiségét, a sötét energia természetét és időbeli erősségét vagy a neutrínók tömegét is – ezek hatására pedig a megfigyelt struktúrák képződésének története is változik, beleértve a korai univerzumot, ahol a James Webb vizsgálódik.

Amennyiben mégis beigazolódik, hogy a távoli univerzum galaxisai nem teljesen olyanok, mint vártuk, akkor a James Webb felvételei alapján született eredmények emiatt a flexibilitás miatt sem feltétlenül jelentik azt, hogy a Lambda-CDM modell elvetendő. Ebben az esetben Kovács szerint felmerül a kérdés, hogy a korai univerzumot leírni képes egyik paraméterválasztás mennyire konzisztens a napjainkban látható, a kozmikus hálót jól leíró másik paraméter kombinációval, hiszen a modell további anomáliáit is éppen efféle belső inkonzisztenciák okozzák.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: