Hedvig
5 °C
23 °C

Néha úgy érzed, mintha két valóság létezne?

Több infó

Támogasd a független újságírást, támogasd az Indexet!

Nincs másik olyan, nagy elérésű online közéleti médiatermék, mint az Index, amely független, kiegyensúlyozott hírszolgáltatásra és a valóság minél sokoldalúbb bemutatására törekszik. Ha azt szeretnéd, hogy még sokáig veled legyünk, akkor támogass minket!

Milyen rendszerességgel szeretnél támogatni minket?

Mekkora összeget tudsz erre szánni?

Mekkora összeget tudsz erre szánni?

Megtalálták a kozmológia szent grálját

sunearthpanel sts129 big
2014.03.18. 18:08
Egy kutatócsoport olyan jelet észlelt a világűrben, ami az ősrobbanás utáni pillanatból származhat. Ez igazolhatja a gravitációs hullámok létezését is. A felfedezés szinte biztosan Nobel-díjat ér: közvetett bizonyítékot találtak arra, amit Einstein már száz éve megjósolt.

A Déli-sarkon egy kutatócsoport a BICEP2 űrteleszkóppal a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást (cosmic microwave background, CMB) vizsgálva fedezett fel egy ősi fényjelet. Feltételezik, hogy ez még az ősrobbanás idejéből származhat.

Mint hétfőn megírtuk, a kutatók közvetett bizonyítékot találtak olyan gravitációs hullámok létezésére, amik az univerzum keletkezése után nagyon kevés idővel (10 a mínusz 34-en másodperc) jöttek létre. A most észlelt minta tehát a kozmikus infláció idejéből, vagyis a világegyetem hirtelen tágulásának pillanatából származik.

A felfedezés azért átütő erejű, mert alátámasztja az ősrobbanás elméletét, amire eddig nem sikerült gyakorlati bizonyítékot találni. Fontos megjegyezni, hogy még ez a bizonyíték is csak közvetett, de szinte biztos, hogy ez a felfedezés is Nobel-díjat ér, mivel egyszerre bizonyítja a kozmikus infláció és a gravitációs hullámok létezését. 

A forró ponttól a sötét anyagig

Hogy megértsük, miért áttörő a mostani felfedezés, meg kell ismerkednünk az egyik legismertebb világkeletkezési elmélettel, az ősrobbanással. A NASA ennek a folyamatát  egy szemléltető ábrán is összefoglalta, de megéri átböngészni a szöveges változatot is.

Minden egy sötét, forró ponttal indult.

A Big Bang nem egy robbanás volt, ahogy a neve utal rá, hanem az a pillanat, amikor az univerzum betöltötte az űrt. Az ősrobbanás-elmélet szerint az univerzum kezdetben egyetlen, nagyon forró, nagyon sűrű pont volt az űrben.

A kozmológusok nem tudják, mi lehetett az ősrobbanás pillanata előtt, de kifinomult módszerekkel kutatják ezt. Ezek egyike a CMB vizsgálata. A legjobb mikrohullám-detektorok észlelhetik azokat a jeleket, amik az univerzum keletkezésével egyidősek.

Az univerzum növekedése hirtelen indult meg.

Az ősrobbanás pillanatában az univerzum elképesztő növekedésen ment keresztül – ezt hívják kozmikus inflációnak vagy kozmikus felfúvódásnak. Ekkor az univerzum növekedése exponenciális volt; legalább 90 alkalommal megkétszerezte a méretét. Az infláció után a növekedés folytatódott, de már lassuló ütemben. A növekedéssel párhuzamosan az univerzum lehűlt.

unnamed

Megszülettek az első anyagok. 

Ahogy az univerzum egyre tágult, a hőmérséklete lecsökkent. A protonok és neutronok összeütköztek, hogy létrehozzanak egy hidrogénizotópot, a deutériumot. A sok deutérium összefonódásából hélium alakult ki.

A rekombinációra 380 ezer évet kellett várni.

Nagyjából ennyi idő telt el az ősrobbanás után, mire az intenzív hő hatására az atomok egy plazmafelhőbe préselődtek össze; ebben ködként kavarogtak a protonok, neutronok és elektronok. A lehűléssel párhuzamosan az elektronok elkezdtek a szabad atommagokhoz kapcsolódni, és semleges atomokat hoztak létre. Emiatt az univerzumban lehetővé vált a fény terjedése; ennek a nyomai a mikrohullámú háttérsugárzásban is láthatók.

Véget ért a sötétség, kezdődött a reionizáció.

Ennek során a hideg és semleges hidrogénnel töltött univerzumba ionizált hidrogén került, ami protonokra és elektronokra hasadt. A korai világegyetemet kitöltő hidrogénköd ekkor átlátszóvá vált, mivel az ibolyántúli sugárzás elpusztította a semleges hidrogéngáz javát.

Nem tudni, pontosan meddig tartott a reionizáció. Az eddigi mérések alapján félmilliárd évig is elhúzódhatott, de egyes kutatók szerint lehet, hogy sokkal gyorsabban végbement. Az asztrofizikusok szerint a reionizációt az első csillagok és galaxisok sugárzása indította be.

Egyre több csillag és galaxis alakult ki; megszületett a Naprendszer.

Ez nagyjából 9 milliárd évvel az ősrobbanás után történt, vagyis a Naprendszer körülbelül 4,6 milliárd éves. A Nap egyike a Tejútrendszer több mint 100 milliárd csillagának, és nagyjából 25 ezer fényévre található a galaxis magjától.

Az elmélet szerint a Naprendszer az ősköd gomolygásából alakulhatott ki. A gravitáció hatására a köd összeomlott, a forgása felgyorsult, majd szétterült. Ebben a fázisban, az egy pontban összesűrűsödő anyagokból alakult ki a Nap.

A tudomány gyanítani kezdte, hogy van, amit nem láthatunk.

A hatvanas-hetvenes években a csillagászok gyanítani kezdték, hogy vannak láthatatlan anyagok is az univerzumban. A washingtoni Carnegie Intézet kutatója, Vera Rubin a galaxis különböző pontjain lévő csillagok mozgását tanulmányozta. A newtoni fizika szabályai szerint a galaxis peremén lévő csillagoknak jóval lassabban kéne mozogniuk a középponthoz közelieknél, de Rubin nem talált különbséget a csillagok sebessége között. Sőt, azt figyelte meg, hogy a csillagok többé-kevésbé azonos sebességgel keringenek a galaxis központja körül. Ezt csak a sötét anyag létezése magyarázhatja.

Az elmélet szerint ezek olyan részecskék, amik nem reagálnak a fényre vagy az ismert anyagokra, ezért roppant nehéz észlelni őket. Pedig, ha az elmélet helyes, ez teszi ki az univerzum 23 százalékát. (Összehasonlításképp: az ismert anyagok aránya körülbelül 4 százalék a világegyetemben.)

A csillagász Edwin Hubble 1920-ban fedezte föl egy új típusú távcsővel, hogy a világegyetem nem statikus, hanem folyamatosan tágul. Csak 1998-ban, a Hubble-ről elnevezett űrteleszkóppal fedezték fel, hogy régen az univerzum tágulása sokkal lassabb volt, mint manapság. Ez azért meglepő, mert épp az ellenkezőjére lehetne számítani. Úgy gondolják, a sötét anyag befolyásolhatja a kozmikus mozgásokat.

Azonban a sötét anyag vagy a sötét energia létezésére máig nem sikerült közvetlen bizonyítékot találni.

Egy fényjelben az egész világ

A CMB-t vizsgáló BICEP2 teleszkóppal az ősrobbanásból visszamaradt halvány fényjelet sikerült észlelni. Ez elég lehet ahhoz, hogy következtetni lehessen belőle az univerzum igen korai állapotára. Például a világűr hőmérséklet-különbségei alapján megállapítható, hol volt sűrűbb az univerzum, és hol alakultak ki emiatt a galaxisok.

A gravitációs hullámok nyomot hagynak az űrben, miközben áthaladnak rajta, ráadásul - mivel az anyag vagy a fény nem hat rájuk – szinte torzítatlan formában maradhatnak fenn. A gravitációs hullámok nyomot hagynak a kozmikus háttérsugárzásban is – ezeket keresték a kutatók.

A Déli-sarkon juthatunk a legközelebb a világűrhöz, úgy, hogy még a Földön maradjunk. [...] Ez a Föld egyik legszárazabb, legtisztább helyszíne, így tökéletes arra, hogy megfigyeljük az ősrobbanás keltette mikrohullámokat.

– indokolta a helyszínválasztást a kutatást vezető John Kovac.

Bár számítottak a sikerre, a kutatókat mégis meglepte, hogy egy, a szokottnál jóval erősebb polarizációs jelet észleltek. Három évig elemezték az adatokat, mielőtt bejelentették a felfedezést, hogy kizárjanak minden hibalehetőséget. Azt is vizsgálták, hogy nem a galaxisban található por torzítja-e a mérési eredményeket, de ez szinte kizárt.

Olyan, mintha egy tűt kerestünk volna a szénakazalban, ehhez képest egy feszítővasat találtunk.

– jegyezte meg a tanulmány társszerzője, Clem Pryke, a Minnesota Egyetem kutatója.

Ez a kozmológia Szent Grálja

A gravitációs hullámok létezését már Einstein is megjósolta, és indirekt módon már ki is mutatták a létezésüket; ezért kapott Russel Hulse es Joseph Taylor 1993-ban Nobel-díjat. Ők figyelték meg, hogy egy neutroncsillag-kettős pályája pont úgy változik, mintha a gravitációs hullámok kibocsátása miatt energiát veszítene. Akkor nem a hullámokat észlelték, csak a hatására következtettek, a felfedezést mégis a legrangosabb tudományos díjjal jutalmazták.

Frei Zsolt, az ELTE asztrofizikai tanszékének professzora elmondta, hogy a hullámok észlelése nem lehetetlen; a kutatók épp ezért dolgoznak a LIGO fejlesztésén is, mert a lézer-interferométerrel a hullámok közvetlenül is kimutathatók lehetnek.

Frei szerint a mostani eredmény annyiban emlékeztet az 1993-asra, hogy a gravitációs hullámok létezését most is közvetett módon mutatták ki. Ezúttal a gravitációs hullám úgynevezett sztochasztikus fajtájának a mikrohullámú háttérsugárzásra gyakorolt hatását észlelték egy rádiótávcsővel készített mikrohullámú képen – ezt a déli-sarki BICEP2 távcső is észlelte.

A bizonyíték tehát indirekt, de a most észlelt gravitációs hullámok arra utalnak, hogy a kozmikus infláció valóban megtörtént a kezdetek kezdetén. A kozmológia szempontjából ez átütő jelentőségű felfedezés.

(Fontos: a tanulmány összes mérési eredményének elemzése nagyon sok időt vesz igénybe; ez érthető, hiszen rengeteg dokumentumról van szó. Tehát bizonyára hallunk még a kutatócsoport eredményeiről.)