Albert, Lipót
7 °C
14 °C
Index - In English In English Eng

Egyre pontosabban tudjuk, milyen ütemben tágul az univerzum

2019.07.15. 09:32

A gravitációs hullámok segítségével az eddigi legpontosabb becslést sikerült kiszámolnia a világegyetem tágulásáról a Princeton Egyetem kutatóinak – írja a Csillagaszat.hu.

A világegyetem térben egyenletesen tágul. Bárhonnan szemléljük és bármerre is nézünk, tőlünk bizonyos kozmológiai – vagyis kellően nagy – távolságra lévő galaxisok a tér tágulása miatt a távolságukkal egyenesen arányos sebességgel távolodnak tőlünk. Mivel a fény véges sebességgel szeli át a köztünk húzódó térrészt, és az utazásának ideje alatt hullámhossza a tér tágulásával együtt növekszik, így a távoli galaxisok fénye kozmológiai vöröseltolódást szenved. (Ez nem azonos a térbeli mozgás révén fellépő Doppler-eltolódással, noha a két jelenség színképre gyakorolt hatása megkülönböztethetetlen.) A tágulás pillanatnyi ütemét leíró paramétert Hubble-állandónak nevezzük.

Valami nem stimmel

A Hubble-állandó a világegyetem egyik alapvető jellemzője, így a csillagászok érthető módon nagy erőfeszítéseket téve törekszenek minél pontosabb megmérésére. Egészen a közelmúltig erre a mérésre csak két igazán alkalmas módszert ismertünk: a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásnak (CMB) és a távoli szupernóváknak a vizsgálatát. Ám a két módszer egymásnak ellentmondva némileg eltérő eredményt szolgáltat. A szupernóvák vizsgálata valamivel nagyobb tágulási ütemet eredményez, mint amit a Planck űrszonda legpontosabb CMB-mérései. Vagy vagy valamelyik mérés hibás, vagy a számítások során figyelembe vett kozmológiai, fizikai modellek pontatlanok.

Mov3High[1] from Princeton University on Vimeo.

A közelmúltban azonban újabb eszköz került a kozmológusok kezébe a Hubble-állandó megmérésére, a kérdés lehetséges eldöntésére: a gravitációs hullámok. Ezzel a független módszerrel sikerült megbecsülni a GW170817 jelű gravitációshullám-eseményt kiváltó égitest, egy összeolvadó neutroncsillag-kettős távolságát. Ez volt az első olyan megfigyelt gravitációshullám-forrás, amelynek elektromágneses utófénylését is sikerült azonosítani, megnyitva a többcsatornás csillagászat új korszakát. Az esemény a Hubble-állandó független mérésére is alkalmas volt. Ám az első tanulmány eredményét még jókora hibával terhelte az összeolvadó neutroncsillag-pár pályasíkjának nem pontosan ismert térbeli helyzete.

A Princeton Egyetem posztdoktori kutatója, Kenta Hotokezaka által vezetett nemzetközi kutatócsoport egy hosszabb méréssorozattal most pontosítani tudta a korábbi becslést a Nature Astronomy szaklapban megjelent tanulmányban. Ehhez nagyon nagy felbontású rádiócsillagászati idősor-felvételeket készítettek közel 300 napon keresztül. A felvételsoron tulajdonképpen megelevenedik egy, a neutroncsillagok összeolvadását követő rendkívüli energiájú anyagkidobódás folyamata. Az események szuperszámítógépes modellezésével a csillagászok lényegesen pontosítani tudták a szülőégitest térbeli orientációját és távolságát, így pedig a Hubble-állandó értékét is kisebb hibahatárral tudták megállapítani.

Az eddigi legpontosabb becslés

A Hubble-paraméter értékét ugyanezen esemény korábbi vizsgálatából még 66 és 90 km/s/Mpc, azaz kilométer per másodperc per megaparszek közé tették. (Egy megaparszek nagyjából 3,26 millió fényév.) A mostani, jóval precízebb eredmény szerint azonban

a világegyetem tágulásának mértéke jelenleg 65,3 és 75,6 km/s/Mpc között lehet.

Ezt a javulást szemlélteti az alábbi ábra:

Kék görbével a Hubble-állandó most pontosított értékének valszínűségi eloszlása az itt ismertetett tanulmány szerint. A narancssárga görbe az ugyanezen esemény korábbi vizsgálatából becsült Hubble-paraméter valószínűségi eloszlását mutatja. A zöld és rózsaszín sávok a CMB és a szupernóva-mérések által szolgáltatott, egymástól némileg elkülönült tartományokat jelölik
Kék görbével a Hubble-állandó most pontosított értékének valszínűségi eloszlása az itt ismertetett tanulmány szerint. A narancssárga görbe az ugyanezen esemény korábbi vizsgálatából becsült Hubble-paraméter valószínűségi eloszlását mutatja. A zöld és rózsaszín sávok a CMB és a szupernóva-mérések által szolgáltatott, egymástól némileg elkülönült tartományokat jelölik
Fotó: K. Hotokezaka et al / Nature Astronomy

A lecsökkent hibatartomány már igen jónak számít, és különösen figyelemre méltó annak fényében, hogy egyetlen égitest megfigyeléséből számították. (Az új értéktartomány egyébként egybevág egy tavaszi kutatás eredménnyel is.) Ám a pontosság még így sem elegendő ahhoz, hogy nagy bizonyossággal választhassunk a CMB és a szupernóvák megfigyeléséből számított két, egymásnak ellentmondó lehetőség közül. Hotokezaka és munkatársai szerint 15 további gravitációshullám-esemény elektromágneses megfigyelésekkel kiegészített hasonlóan részletes elemzése, vagy 50–100 további csak gravitációs hullámok révén megfigyelt összeolvadási esemény tanulmányozása lesz szükséges a Hubble-állandó döntő pontosságának eléréséhez.