Lehet hogy nincs is sötét anyag és energia

A sötét anyag és energia a kozmológia standard modelljének sarokkövévé vált az elmúlt évtizedben, bár valódi természetükről senki nem tud semmi közelebbit. Az elképzelések szerint a sötét energia felelős az univerzum gyorsuló tágulásáért, míg a sötét anyag létének feltételezése gravitációs anomáliák magyarázatához szükséges. Bár mindegyik létezése több bizonyítékkal is alátámasztható, a legfontosabb ezek közül mégiscsak a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás vizsgálatából származik. Ez a sugárzás az ősrobbanás után 380 ezer évvel bekövetkezett eseményről tanúskodik, amikor az elektromágneses sugárzás lecsatolódott a barionos anyagról.

A fiatal univerzumot plazmatenger, ionizált atomok és szabad elektronok elegye töltötte ki. Utóbbiak nagy hatékonysággal szórták az elektromágneses sugárzás fotonjait. Az ősrobbanás után 380 ezer évvel azonban a plazma már annyira lehűlt, hogy megindult a rekombináció, azaz az atommagok befogták a szabad elektronokat, így a fotonok akadálytalanul terjedhettek. Ezek, a világegyetem tágulása miatt időközben a mikrohullámú tartományba vörösödött fotonok alkotják a mikrohullámú háttérsugárzást, melynek hőmérsékletében tapasztalható kicsiny térbeli (irány szerinti) fluktuációk még mindig hordozzák a rekombináció előtti plazmarezgések mintázatát, információt szolgáltatva ezzel a barionos anyag korabeli sűrűségeloszlásáról.

A WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Proba) szonda az egész égboltot térképezi a mikrohullámú tartományban azzal a céllal, hogy képet kaphassunk a háttérsugárzás hőmérsékleti fluktuációjának irány szerinti eloszlásáról, anizotrópiájáról.

Mérési hiba az egész?

Tom Shanks (Durham University) és diákja, Utane Sawangwit érdekes felvetéssel állt elő a WMAP szondával kapcsolatban. Eszerint az a mód, ahogyan a WMAP méri a hőmérsékleti fluktuációk és ezen keresztül a plazmarezgési mintázatok méretét, nagyobb hibával terhelt, mint ahogyan eddig gondolták. Mivel ezen mintázatok karakterisztikus mérete az univerzum összetételétől függ, kétségessé válhat az elképzelések szerint a világegyetemet 22 százalékban alkotó sötét anyag léte is, így a probléma hatással lehet az egész univerzum fejlődéséről alkotott képünkre, beleértve a galaxisok kialakulásának és növekedésének kérdéseit is.

A Shanks és diákja által felvetett probléma lényege a következő: A WMAP szonda hivatalos nyalábszélessége - ami tulajdonképpen az eszköz szögfelbontását jellemzi - 12 ívperc. Ők azonban azt találták, hogy a WMAP radiométerének centrális érzékenységi profilja ennél szélesebb, a középvonalhoz képest még körülbelül 1 fokos irányból érkező sugárzást is detektál, ami viszont az jelenti, hogy az azonosított térbeli mintázatok nagyobbaknak tűnnek, mint amekkorák valójában. Ellenőrzésképpen megvizsgálták, hogy távoli, felbontatlan rádióforrások hogyan néznek ki rádióteleszkópok, illetve a WMAP adatai alapján, és szintén tapasztalták ezt a szennyezést.

Hiányzik a sötét anyag

A WMAP üzemeltetői azzal reagáltak, hogy a jelzett jelenség tulajdonképpen nem más, mint az Eddington-zajnak nevezett statisztikus fluktuációk hatása, Shanks és Sawangwit szerint azonban az általuk vizsgált rádióforrások más frekvenciákon végzett független felmérések adatai alapján is pontszerűnek tűnnek, míg a WMAP elkeni őket.

Shanks természetesen elismeri, hogy a sötét anyag létezése mellett egyéb bizonyítékok is szólnak. Inkább úgy fogalmaz, hogy nem magának a sötét anyagnak a létét kérdőjelezi meg, hanem azt, hogy az valamiféle egzotikus részecskékből állna. Ennek alátámasztására megemlíti, hogy amikor a múlt század harmincas éveiben Franz Zwicky először felvetette a hiányzó anyag problémáját, akkor egy galaxishalmaz stabilitásának magyarázatához 600-szor annyi sötét anyagot kellett feltételeznie a halmazban, mint az elektromágneses sugárzása alapján akkor észlelhető halmazbeli anyag mennyisége.

Ma a röntgenműholdak mérései alapján azonban már tudjuk, hogy a galaxishalmazokban a tagok közötti teret nagymennyiségű forró gáz tölti ki, ezért a Zwicky-arány már csak 4-5. Ez természetesen még mindig nagy eltérés, de Shanks szerint a magyarázatára nem érdemes hipotetikus részecskéket bevetni.

A sötét energia problémája

Sawangwit és Shanks egy nemzetközi együttműködés keretében a sötét energia problémáját is vizsgálják. Ha a sötét energia létezik, akkor az univerzum gyorsuló tágulását okozza. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás fotonjai a teleszkópjainkhoz vezető útjuk során óriás galaxishalmazokon is áthaladnak. A halmazba való belépéskor először kékeltolódást szenvednek, majd vöröseltolódást, amikor elhagyják a halmaz gravitációs terét. Ha nincs gyorsuló tágulás, ez a két hatás kiegyenlíti egymást, ellenkező esetben a fotonok a galaxishalmaz elhagyása után is kissé kékeltolódottak maradnak.

Az ennek megfelelő kicsiny hőmérsékletemelkedésnek látszania kellene a mikrohullámú háttérsugárzásban a halmazok irányában. A Sloan Digital Sky Survey keretében rögzített 1 millió fényes vörös galaxis (LRGs, Luminous Red Galaxies) átvizsgálásával kapott új eredmény szerint azonban ennek nincs nyoma. Sawangit szerint ha ugyanez adódik a déli égbolt új felmérései alapján is, akkor ez a probléma valóban komoly kihívást fog jelenteni a sötét energia és ezen keresztül a sztenderd modell számára.

Shanks szerint jó esély van arra, hogy az univerzumnak valójában nem létezik sötét oldala, de további kutatások szükségesek ennek eldöntésére. Ebben segíthetnek majd a PLANCK űrszonda mikrohullámú háttérsugárzásra vonatkozó, az eddigieknél pontosabb mérései.