Szerdán a 20. század egyik legfontosabb tudományos felfedezésében kulcsszerepet játszó Nobel-díjas amerikai asztrofizikus, Adam Riess adott elő Budapesten, a Magyar Tudományos Akadémia dísztermében. A kezdéskor lényegében teljesen megtelt, az alkalomhoz megfelelően impozáns teremben Riess közel 40 percet beszélt arról, hogyan mutatták ki kollégáival a világegyetem egyre gyorsuló tágulását, és miként lehetne vizsgálni az ezért felelős, titokzatos sötét energiát.

A közönségnek, ahol szép számban voltak kutatónak készülő gimnazisták és egyetemi hallgatók is, a fizikus ritka betekintést adott abba, hogy miként reagálnak a szakemberek a felfedezés pillanataiban nagy horderejűnek tűnő eredményekre, és hogyan küzdenek meg a felmerülő kétségekkel. Az 53 éves Riess az 1998-as áttörése mellett aktuális kérdésekre is kitért, amik ma foglalkoztatják a kozmológusokat. Ilyen az, hogy miért adnak különböző mérési módszerek kissé eltérő eredményt az univerzum tágulásának ütemét megadó Hubble-állandóra, és így az univerzum korára is.

Riess a „Hubble-feszültségnek” nevezett dilemmáról a Qubitnek elmondta, hogy „amikor megmérjük lokálisan a Hubble-állandót, 70-75 (km/s/)Mpc közötti, valószínűleg 73 körüli értéket kapunk. De amikor azt próbáljuk megjósolni, hogy milyen gyorsan tágul a világegyetem a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMBR) alapján, 67-68 körüli számokat kapunk. Ezeknek mind alacsony a bizonytalanságuk, és nem fedik át egymást, így ez valós probléma, tehát valamilyen okból valaminek nincs értelme.”

A CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézet által szervezett Nemzetközi Csillagászati Unió 376. szimpóziumára Budapestre látogató fizikus szerint a megoldás kulcsa „több mérésben, jobb elméleti háttérben, a kvantumgravitáción, a sötét energián, valamint annak alternatíváin való gondolkodásban van.” A kutató kérdésünkre elmondta, hogy ebben nyilvánvalóan szerepet játszhatnak a gravitációshullám-detektorok mérései is. „Nagyon várom őket. A negyedik megfigyelő periódus májusban kezdődik, és talán az majd némi fényt derít rá.” – mondta Riess.

A Johns Hopkins Egyetemen dolgozó fizikust, aki Saul Perlmutterrel és Brian Schmidttel együtt 2011-ben kapta meg a fizikai Nobel-díjat, megkérdeztük a James Webb űrtávcső kezdeti méréseiről is, amik a vártnál masszívabb galaxisokat mutattak a korai univerzumban. A kutató szerint „ez nagyon érdekes. Követem a történetet, nem tudom, hogy mi lesz belőle, hogy vajon túl masszívak lesznek-e, vagy nem, de ez egy érdekes nyom lehet. Nem tudom rá a választ, engem is ugyanúgy érdekel, mint bárki mást.” Arra, hogy jelentheti-e ez azt, hogy finomítani kell a Lambda-CDM-nek nevezett standard kozmológiai modellt, Riess úgy reagált, hogy „lehetséges, majd meglátjuk mi lesz a vége.”

A kutató arra is rámutatott, hogy fontos lenne megértenünk az univerzum 70 százalékát adó sötét energia természetét. Ehhez szerinte olyan műszereket kell építeni, mint az Európai Űrügynökség (ESA) Euclidja vagy a NASA Nancy Grace Roman (WFIRST) űrteleszkópja. Riess kérdésünkre elmondta, hogy a teleszkópok „elárulhatják, hogy sötét energia állapotegyenlete konstans volt-e időben. Ebben az esetben valószínűbb, hogy [a sötét energia] vákuumenergia, miközben, ha időben változik, akkor inkább egy tér.” A vákuumenergia rejtelmeiben ebben a korábbi cikkünkben merültünk el Kun Emma magyar csillagásszal. Riess szerint ezek a küldetések a következő években már eredményekkel járhatnak.

Hogyan fedezték fel, hogy gyorsul az univerzum tágulása?

Riess előadását úgy indította, ahogy egy kozmológiáról szóló beszámolót illik: a Hubble űrtávcső ikonikus mélyűrfelvételével, amelyen egyes galaxisok billiószor halványabbak annál, amit szabad szemmel megpillanthatunk. A kép ugyanakkor szerinte csalóka, hiszen az univerzum statikusnak tűnik rajta, miközben ez egyáltalán nem igaz. De hogyan jöttünk erre rá? A válasz leginkább világítótornyokhoz hasonló szupernóvákban rejlik, mondta a kutató, amik hihetetlen fényességű és erejű robbanások a csillagok életciklusának végén. Ezek a Napunk fényességét 5-10 milliárdszor túlszárnyaló jelenségek nem túl gyakoriak, galaxisonként nagyjából 100 évente fordulnak elő. Ezért vagy sokat várunk, vagy rengeteg galaxist kell egyszerre megfigyelnünk.

Az Ia típusú szupernóvákban, amiket standard gyertyáknak hívnak a szakemberek, az a nagy szám, hogy fényességükből megállapítható, milyen távol vannak – a módszer alapjait Subrahmanyan Chandrasekhar indiai-amerikai fizikus rakta le. Színképükből pedig a vöröseltolódásuk – azaz fényük hullámhosszának növekedése olvasható ki, ami azt adja meg, hogy mennyire gyorsan távolodnak tőlünk. A távolság és a távolodási sebesség egyenes összefüggést mutat, ami egy táguló világegyetem jele, magyarázta Riess. Ezt az 1920-as években fedezte fel Edwin Hubble amerikai csillagász távoli galaxisok vizsgálatával, és azóta az egyre több mérésnek hála egyre tisztábban látjuk az univerzum tágulását. A fizikus elmondta, hogy ha ezt a filmet elkezdjük visszafelé pörgetni, eljutunk az ősrobbanásig, ami 13-14 milliárd éve történt.

Még azelőtt, hogy Hubble kimutatta volna a világegyetem tágulását, Riess szerint Einstein lenyűgöző dologra jött rá: bár az anyag gravitációja vonzó, az üres tér gravitációja taszító hatású is lehet. Ezt Einstein kozmológiai állandónak nevezte el, és Riess szerint ez az, amit ma sötét energiának hívunk. Amikor az 1990-es években Riess és kollégái belekezdtek kutatásukba a High-Z Supernova Search csoporttal, lényegében azt szerették volna megtudni, hogy milyen jövő vár az univerzumra, amihez meg kellett mérniük az univerzum tömegét. Ekkor még az a kérdés motoszkált a fejükben, hogy jelentős mértékben vagy csak enyhén lassul az univerzum tágulása. Amit találtak, minden képzeletüket felülmúlta.

Egy napon a Riess számítógépén futó adatelemző program negatív értéket dobott ki az univerzum tömegére, amiből az következik, hogy a kozmológiai állandó nem nulla, és világegyetemünk tágulása nemhogy lassulna, hanem egyre csak gyorsul. A kollégáival a meghökkentő eredményről folytatott levelezését bemutató fizikus szerint a többiek egyszerre voltak izgatottak, feszültek és óvatosak, de biztosan tudták, hogy ha igazuk van, azzal évtizedekkel később Einstein elméleti előrejelzését erősítik meg. Riessék konklúziójukat 1998-ban közölték az Astronomical Journalben, amit a tőlük függetlenül dolgozó Saul Perlmutter és munkatársainak tanulmánya követett az Astrophysical Journalban.

A kutató elmondta: még évekig aggódtak amiatt, hogy valójában tévednek, és ahogy ilyenkor lenni szokott, más szakemberek alternatív magyarázatokkal álltak elő. Riess szerint ezeket a Hubble űrteleszkóp segítségével ki tudták zárni, miközben következtetésüket további négy független módszerrel tesztelték. Így elég biztosnak tűnik, hogy az univerzum egyre gyorsabban tágul – az 5 milliárd évvel ezelőttinél 20 százalékkal nagyobb ütemben. És ez így is folytatódik, amíg minden, a lokális galaxishalmaznál távolabbi galaxis eltűnik a kozmikus horizontunk mögött. De mi okozza ezt a tágulást? Riess szerint erre ma három lehetőség van: a sötét energia vákuumenergia formában, időben változó sötét energia vagy módosult gravitáció. Utóbbi azt jelentené, hogy a legnagyobb skálákon Einstein elmélete nem áll meg.

A standard kozmológiai modell alapján azt is tudjuk, hogy a világegyetem 30 százalékban anyagból és sötét anyagból, 70 százalékban pedig sötét energiából áll. Riess szerint ha optimisták vagyunk, mondhatjuk azt, hogy van egy modellünk, mindent elneveztünk, és még százalékokat is rendeltünk hozzájuk, tehát egész jól állunk.

De persze vannak problémák, mint a „Hubble-feszültség”, ami Riess szerint azt is jelentheti, hogy vagy a sötét anyag vagy a sötét energia bonyolultabb annál, mint ahogy gondoljuk. A kutató előadását azzal zárta, hogy emiatt a kvantummechanika és az általános relativitáselmélet határmezsdjéjén elterülő sötét energia vizsgálata a kulcsa annak, hogy megértsük az univerzum eredetét és távoli jövőjét.

A teljes előadás megtekinthető angol nyelven (és hamarosan magyar feliratokkal) az MTA YouTube csatornáján:

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: