Évtizedek óta a gravitáció elmélete, amely az általános relativitáselméletből következik,
Ekkor fedezték fel a kutatók előszörA távoli galaxisok viselkedése nem felel meg a gravitációs elmélet előrejelzéseinek. A távoli halmazok és csillagrendszerek téridő-torzulásai sokkal erősebbnek bizonyultak, mint az ilyen objektumok megfigyelések alapján számított tömege.
Később, az 1990-es évek végén a kutatókújabb szokatlan tényt fedezett fel. Kiderült, hogy az univerzum tágulási sebessége idővel növekszik. Ez a hatás újabb kihívás elé állította Albert Einstein elméletét: az anyag gravitációs hatásai az univerzum tágulását lassítják, nem pedig felgyorsítják. A modern kozmológiai modell – a ΛCDM-modell – választ talált ezekre a kérdésekre, de a tudósok nem adják fel a reményt, hogy megkérdőjelezik a 20. század első felének zsenialitását.
Miért gondolják a tudósok, hogy az univerzum gyorsuló ütemben tágul?
Az univerzum felgyorsult tágulását ben fedezték fel1998-ban egyszerre két független csapat, a Supernova Cosmology Project és a High-Z Supernova Search Group munkájának eredményeként.Mindkét kutatócsoport az Univerzum tágulásának gyorsulását vizsgálta távoli csillagrobbanások elemzésével.
A La-típusú szupernóvák majdnem ugyanaztszabványos fényerő. Az ilyen objektumok fényerejének megfigyelésével meg lehet határozni, milyen messze vannak egymástól. Ráadásul az univerzum tágulásával a távoli objektumok fénye a spektrum vörös oldalára tolódik el. A vöröseltolódás mérésével megállapítható, hogy a világegyetem mennyit tágult a szupernóva megjelenése óta.
Asztrofizikusok ezek sorána kísérletek biztosak voltak abban, hogy az Univerzumnak lassabban kell tágulnia, majd a folyamatnak vagy le kell állnia, vagy összehúzódni kell. De a váratlan eredmény, amelyre mindkét tudóscsoport egymástól függetlenül jutott, az volt, hogy az Univerzum gyorsuló ütemben tágul.
Az univerzum tágulását később megerősítettékegyéb módszerek. A kozmológiai mikrohullámú háttér mérése (az ősrobbanás nyomai), a gravitációs lencsék hatásai és a barion akusztikus rezgések elemzése megerősíti az Univerzum tágulásának hipotézisét.
2007-ben mindkét csapat, amely felfedezte az Univerzum tágulásának hatását, Gruber-díjat kapott a kozmológiai területen, 2011-ben pedig a résztvevők közül hárman kapták meg a fizikai Nobel-díjat.
Az univerzum felgyorsult tágulása. Kép: NASA, STSci, Ann Feild
Mivel magyarázható a felgyorsult terjeszkedés?
A megfigyelések (az Univerzum tágulása és a távoli galaxisokból származó téridő erősebb torzulása) magyarázatára a tudósok két új modellt vezettek be – a sötét anyagot és a sötét energiát.
A sötét anyag egy hipotetikus formaanyag, amely a tudósok szerint az univerzum anyagának mintegy 85%-át teszi ki. Sötétnek nevezik, mert semmilyen módon nem lép kölcsönhatásba az elektromágneses mezővel. Más szóval, az ilyen anyag nem tükrözi, nyeli el vagy bocsát ki fényt és egyéb elektromágneses hullámokat. Ennek azonban megvan a maga tömege, és ebből fakadó gravitációs hatása is. A sötét anyag hozzáadása a kozmológiai modellekhez segít megmagyarázni a távoli galaxisok erősebb gravitációját.
A sötét energia egy hipotetikus formaenergia, a sötét anyaggal ellentétben keveset tudunk róla. Úgy gondolják, hogy a sötét energia nagyon homogén, nem túl sűrű, és a gravitáción kívül nem tud kölcsönhatásba lépni egyetlen alapvető erővel sem. Ez az energia a vákuumenergiához kapcsolódik. Ha feltételezzük, hogy az Univerzum tágulásával és a szabad tér növekedésével ez az energia növekszik, akkor az egyenletes tágulásból a gyorsított tágulásra való átmenet megmagyarázható.
Bár a sötét energia hipotézis jól leírjaaz Univerzumban megfigyelt folyamatok, léte és csak a gravitációs térrel való kölcsönhatása nehezen hozható kapcsolatba az általános relativitáselmélettel és Einstein gravitációs elméletével.
Hogyan teszteljük az elméletet?
Egyes tudósok úgy vélik, hogy ha az elméletA gravitáció nem tudja megmagyarázni a sötét energiát, talán nem teljes, és egy további paramétert vagy változót kell hozzáadnunk az egyenlethez, amely az összes megfigyelést összekapcsolja. Ennek a hipotézisnek a tesztelésére a tudósok a múltban keresik a gravitációelmélet megsértésének jeleit.
Az egyik ilyen munka a nemzetközi kutatássötét energia a 4 méteres Victor Blanco teleszkóp segítségével Chilében. Ennek a megfigyelésnek az eredményeit augusztusban mutatták be a Részecskefizikai és Kozmológiai Nemzetközi Konferencián (COSMO’22) Rio de Janeiróban.
A vizsgálat résztvevői bizonyítékokat kerestekaz a tény, hogy a gravitációs erő megváltozott az univerzum története során, vagy a távoli múltban. Munkájukhoz a fő Blanco távcső mellett az Európai Űrügynökség Planck műholdjának adatait is felhasználták.
Asztrofizikusok tanulmányozták a galaxisok képeitfinomabb torzulások jelenléte a tér sötét anyag általi görbülete miatt – ezt a hatást gyenge gravitációs lencséknek nevezik. A gravitáció ereje határozza meg a sötét anyag struktúráinak méretét és eloszlását, a mérete és eloszlása pedig meghatározza, hogy ezek a galaxisok milyen görbültek számunkra.
Mindezen paraméterek mérésével meg lehet határozni az erőtgravitáció a távoli galaxisokban. És mivel a belőlük származó fénynek évmilliók és milliárdok alatt kell eljutnia hozzánk, a tudósok lényegében azt vizsgálják, hogyan viselkedett a gravitáció a múltban.
A kutatók arról számoltak be, hogy már tanulmányoztákgravitációs erők és alakzatok több mint 100 millió galaxisban, de minden kísérletben a megfigyelések teljes mértékben összhangban vannak Einstein elméletével. Tehát a sötét energia természete továbbra is rejtély marad.
A gravitációs lencsék, akárcsak az első James Webb-képen, segítenek a tudósoknak felfedezni a sötét anyagot és a gravitációt távoli rendszerekben. Kép: NASA, ESA, CSA, STScI
Mi a következő?
Einstein elmélete még mindig áll, de a kutatóktovábbra is próbára teszi erejét. Új kísérletet tesznek a sötét energia természetének magyarázatára a műholdas küldetések révén. Az Európai Űrügynökség 2023-ban tervezi az Euklidész űrtávcső felbocsátását. Az eszköz műszerei mérni fogják a Földtől különböző távolságra elhelyezkedő galaxisok vöröseltolódását, és feltárják a vöröseltolódás és a távolság közötti kapcsolatot.
A fejlesztők elvárják, hogy az Euclid képes legyen erretekints vissza 8 milliárd évre. Ultraprecíz mérések segítségével kiderítheti majd, hogyan álltak a dolgok a gravitációval, a sötét anyaggal és a sötét energiával ebben a korszakban.
A NASA hasonló küldetést tervez:2027-ben a Nancy Grace római űrtávcsövet tervezi Föld körüli pályára bocsátani. A kutatók úgy vélik, hogy képes lesz tanulmányozni a 11 milliárd fényév távolságra lévő galaxisokat, és tanulmányozni a legkorábbi univerzumot.
Olvass tovább:
A Mars föld alatti részéről készült első képek meglepték a tudósokat
A testtől a szájig: a tudósok megértették, honnan származnak a fogak
Hol lesz a legveszélyesebb a bolygón 2100-ra: új térképet tettek közzé
Borító: Design Alex Mittelmann, Coldcreation, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons