Mindezt az Atacama Cosmology Telescope (ACT) nevű műszer hatodik, és egyben utolsó adatkibocsátása, illetve a Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) nevű műszer működésének 1. évében készült mérések tették lehetővé. A csillagászok az adatok elemzésével arra a meglepő eredményre jutottak, hogy a két műszer mérései alapján egy kicsit eltérő képet kapunk a korai Univerzum anyageloszlásáról, mint azt a modelljeink jósolják.
A két eszköz méréseinek kombinálásával a kutatók képesek tehát "fényképet készíteni" az Univerzum egy adott korának pillanatnyi állapotáról, és ezzel megnyitják a kozmológiai kutatásoknak egy teljesen új dimenzióját. A kutatás egyik vezetője, Mathew Madhavacheril szerint ez az újfajta megközelítés a CT-készülékek működéséhez hasonlít: közvetlen betekintést nyújt akár több milliárd évvel ezelőtti folyamatokba, így nyomon követhetjük például azt is, hogy a gravitációs erő hogyan befolyásolta az Univerzum anyagának állapotát, illetve csomósodásait.
Az első fény nyomában
Ahhoz, hogy kozmikus CT-vizsgálatnak vessük alá az Univerzumot, fontos felhasználni azt a fényforrást, amely csaknem egyidős a Világegyetemmel. Egy ilyen ősi fény felhasználásával képesek lehetünk figyelemmel követni azt, hogy a gravitációs erő miként alakította jelenleg 13,8 milliárd éves világunkat.
Az Atacama Cosmology Telescope vizsgálatai a teljes égboltnak körülbelül a 23%-át fedik le, amelynek segítségével a kutatók igyekeznek képet alkotni az Univerzum újszülött korában kibocsátott, első fénynek. Ez a fény jelenleg az úgynevezett kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (cosmic microwave background, CMB) formájában jelenik meg, és betekintést nyújt az Univerzum 380 000 éves korába.
A CMB tehát a fiatal Univerzumban kibocsátott, első fény maradványa, amely a rekombináció korából maradt vissza. Kezdetben ugyanis az Univerzum átlátszatlan, forró plazmaanyag töltötte ki, amelyben a fényt alkotó részecskék, a fotonok szóródtak a szabad elektronokon. Az ősrobbanás után a világ folyamatosan tágult, és ezzel együtt az azt alkotó anyag hűlésnek indult. Amikor pedig egy adott hőmérsékletűre hűlt, létrejöttek az első atomok: a protonok befogták a szabad elektronokat, és így a fény részecskéi egyre kevésbé szóródtak rajtuk. Ilyen módon tehát az Univerzum átlátszóvá vált a fény számára, és útjára indult az "első fény". Ezt az időszakot nevezzük a rekombináció, avagy átlátszóvá válás korszakának. Ahogy az Univerzum tovább tágult, és hűlt, az elsőként kibocsátott fény hullámhossza olyannyira megnőtt, hogy jelenleg a mikrohullámok tartományába esik. Ennek az első fénynek a maradványa tehát a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás, amelynek hőmérséklete 2,7 K. Ennek a háttérsugárzásnak a részletes vizsgálatával betekintést nyerhetünk az Univerzum korai állapotába, és így abba is, hogy hogyan oszlott el benne az anyag.
Bár a kozmológiai elv szerint az Univerzum nagy skálákon nézve homogénnek mondható, ám kezdetben mégis voltak benne apró anyagsűrűsödések. Később, a tágulással és a hűléssel párhuzamosan ezekből az apró sűrűsödéscsomókból jöttek létre a ma ismert galaxisok, illetve galaxishalmazok. Einstein általános relativitáselmélete óta ismerjük a gravitációs lencsézés fogalmát, amely szerint a tömeggel rendelkező testek meghajlítják a téridőt, és így a fény útját is. Ez a jelenség lejátszódhat akár a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás fotonjaival is, amint azok útja megváltozik az Univerzum különféle helyein megtalálható csomósodások környezetében. Így tehát a CMB vizsgálatával feltérképezhetjük a korai Univerzum anyageloszlását, és a benne található csomósodásokat is.
Az Univerzum anyageloszlásának rejtélye
Míg az Atacama Cosmology Telescope a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás minél pontosabb detektálásával foglalkozik, a DESI nevű műszer az Univerzumnak egy jóval későbbi állapotát, mondhatni a felnőttkorát vizsgálja: igyekszik elkészíteni egy pontos, háromdimenziós térképet a több millió ismert galaxis, különösképpen a fényes vörös galaxisok (luminous red galaxies, LRG) eloszlásáról. A galaxisok eloszlásából pedig modellszámításokkal következtethetünk arra, hogy az anyag milyen struktúrákat mutatott az Univerzum korábbi állapotaiban.
A két eszköz, az ACT és a DESI méréseinek segítségével tehát összeállíthatunk egy kozmikus albumot, amely bepillantást enged az Univerzum különböző életkorú állapotaiba egészen az újszülött kortól kezdve a felnőtt korig. Ezeknek a fényképeknek az elkészítése után észrevették a kutatók, hogy a két műszer méréseiből rekonstruált pillanatképek néhol egy nagyon kicsit bár, de eltérnek egymástól, ami arra utal, hogy az Univerzum valójában egy kicsit máshogy kellett, hogy fejlődjön, mint azt jelenlegi modelljeink jósolják.
A kutatók szerint az új felvételek alapján az Univerzum fejlődése nagyjából összhangban van az Einstein-féle gravitáció-törvénnyel, ám a felnőttkori, kb. 9 milliárd éves Univerzum bizonyos időszakaiban az anyag csomósodásai egy kicsit eltérnek az elvárttól. Ez az érdekes felfedezés kérdéseket vet fel kozmológiai modelljeinkkel kapcsolatban, így arra inspirálja a csillagászokat, hogy megpróbálják a jövőben még pontosabb mérések segítségével feltérképezni az eltérés lehetséges okait.
Az itt leírt eredmények a Journal of Cosmology and Astropasticle Physics című szaklapban jelentek meg.
A cikk forrása: https://www.space.com/universe-less-clumpy-more-complex-DESI
Szerző: Könyves-Tóth Réka, Tudományos munkatárs
CSFK Konkoly-Thege Miklós Csillagászati Intézet