A sötét energia nyomaira bukkantak

Tíz évvel ezelőtt a csillagászok egy azóta mérföldkőnek számító felfedezést tettek: távoli, Ia típusú – azaz kettős rendszerekben lévő fehér törpecsillagok felrobbanása során létrejövő – szupernóvák vizsgálata alapján az Univerzum nemcsak hogy tágul, hanem egyre gyorsuló ütemben teszi azt. Magyarázatként a kutatók egy rejtélyes erő létét vetették fel, mely a gravitációval ellentétben kizárólag taszítóerőként lép fel, és hatása csak kozmikus méretskálákon válik dominánssá.

Megfigyelések

Azóta más jellegű megfigyelésekből – például a mikrohullámú kozmikus háttérsugárzás apró, 10^-5 - 10^-6 nagyságrendű fluktuációinak, vagy a galaxisok nagyléptékű eloszlásának vizsgálata – is azt a következtetést vonták le, hogy a sötét energia létezik, sőt: jelenleg ez a világegyetem uralkodó alkotóeleme (a legfrissebb adatok szerint a teljes Univerzum mintegy 72 százaléka).

A fentebb említett elemzések azonban mind közvetett megfigyeléseken és modellszámításokon alapulnak – a sötét energia létezésére közvetlen bizonyítékot még nem sikerült találni (ami nem is csoda, hiszen valójában azt sem tudjuk, mit is keressünk).

Sok kutató számára éppen ezért kevésbé elfogadható egy olyan kozmikus alkotóelem létezése, ami ennyire domináns, mégis – jelenlegi tudásunk szerint – közvetlenül megfigyelhetetlen. Így, bár a sötét energia a kozmológusok körében egyre inkább elfogadottá válik, továbbra is léteznek alternatív elképzelések (pl. a gravitációelmélet módosítása, vagy a szupernóva-mérések rejtett hibáinak feltárása) a megfigyelt jelenségek megmagyarázására.

A napokban viszont néhány kutató a sötét energia nyomainak egy újabb, az eddigiektől független módszerrel történő kimutatásáról számolt be. Szapudi István (University of Hawaii) és kollégái a már említett kozmikus háttérsugárzás hőmérsékletének apró egyenetlenségeiben keresték a titokzatos taszítóerő jeleit. Az eddigi vizsgálatokon túl, melyek során a háttérsugárzás fluktuáció-spektrumában különböző szögfelbontásnál jelentkező csúcsokra illesztettek modellparamétereket, Szapudi és munkatársai még közvetlenebb bizonyítékok után kutattak.

Hatások

Az már régóta ismert tény, hogy a háttérsugárzás fotonjait az univerzumot átszelő útjuk során különböző hatások érik, melyeket a megfigyelésekből utólag rekonstruálni lehet. Az egyik ilyen lehetséges kölcsönhatás, amikor a fotonok egy, a környezetéhez képest nagyon sűrű vagy nagyon ritka közegen haladnak át.

Sűrű közegbe, például egy galaxishalmazba érve a fotonok úgynevezett "gravitációs potenciálvölgybe" kerülnek, plusz energiára szert téve ezáltal; míg a közegből való kijutáskor a potenciálvölgyből is kikerülnek, ami energiavesztéssel jár (ezt a jelenséget szaknyelven integrált Sachs-Wolfe-effektusnak hívják). Ha a közeg csak gravitáló anyagból áll, akkor a jelenség teljesen szimmetrikus, azaz egy foton belépéskor nyert energiája megegyezik a kilépéskor vesztett energiájával.

A sötét energia jelenléte azonban módosítja a képet: hatására az Univerzum (így az adott galaxishalmaz környezete is) a foton áthaladási ideje alatt is nem elhanyagolható mértékben tágul, megváltozik a gravitációs mező, így a gravitációs potenciálvölgyből való kilépés "könnyebbé" válik a foton számára. Vagyis összességében a kilépési energiaveszteség kisebb lesz a belépéskor nyert energiamennyiségnél; a foton plusz energiára tesz szert, így a háttérsugárzás az adott pontban kicsit magasabb hőmérsékletűnek látszik. Hasonlóképp, egy ritka közegen való áthaladás hideg foltként jelenik meg a háttérsugárzás térképén.

A jelenség által okozott apró hőmérséklet-változások elvileg jól elkülöníthetőek a háttérsugárzás egyéb fluktuációitól, kimutatásuk azonban így is nagyon nehéz. Szapudi és társai ezért kiválasztottak 3000 extrém sűrű galaxis-szuperhalmazt és 500 extrém ritka térrészt ("szuperűrt") az égbolton, hogy a lehető legjobb eséllyel keressék a nyomokat. Erőfeszítéseiket siker koronázta: az általuk vizsgált területeken jól megfigyelhetőek a szuperhalmazok, illetve szuperűrök környezetében mutatkozó forróbb és hidegebb foltok. Bár hasonló vizsgálatokat korábban mások is végeztek, Szapudiék mutatták ki egyértelműen, hogy a megfigyelt jelenség a sötét energia hatására jön létre.

Bár az új eredmény továbbra sem tekinthető közvetlen bizonyítéknak, jelentős lépés lehet a sötét energia létezésének végső megerősítésében, és a titokzatos erőhatás tulajdonságainak további vizsgálatában.