Új elmélet oldhatja meg az univerzum tágulásának legnagyobb problémáját
2023. december 10. – 22:17
Egy németországi kutatócsoport megoldást találhatott a kozmológia egyik legnagyobb rejtélyére, a Hubble-feszültségre, vagyis arra, hogy az univerzum tulajdonképpen milyen sebességgel tágul. A tudósok szerint az eddigi mérési bizonytalanságok és különbségek abból adódnak, hogy a bolygónk egész egyszerűen egy óriási vákuumban van, írja a Live Science.
1929-ben Edwin Hubble a vöröseltolódás vizsgálatával rájött, hogy az univerzum nem statikus, hanem folyamatosan tágul. Megalkotta a Hubble-állandót, ami azt mutatja meg, hogy egy adott pontot vizsgálva, ahhoz képest milyen sebességgel tágul a körülötte lévő tér. Hubble számításain elindulva lehetett először kiszámítani az univerzum keletkezésének hozzávetőleges időpontját, és ez vezetett az ősrobbanás elméletének kialakulásához is.
A Hubble-állandót többféleképpen lehet mérni, és a probléma itt kezdődik: ha a tudósok lokálisan, a szupernóva-robbanások alapján számolják, más értéket kapnak, mintha a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás alapján mérik. Mindkét módszer nagyjából párhuzamosan azt mutatja, hogy az ősrobbanás után a tágulás egy ideig lassult, majd elkezdett gyorsulni, csak az értékek nem egyeznek. Számos kutató azt feltételezi, hogy ezt a különbséget a sötét anyag és a sötét energia fizikája magyarázhatja meg.
Kétségtelen tehát, hogy a kozmológia, vagyis az univerzum keletkezésével foglalkozó csillagászat egyik legnagyobb rejtélye ez a Hubble-feszültségnek nevezett probléma. A Bonni Egyetem kutatói tanulmányukban most egy lehetséges magyarázatot vázolnak: a mérési különbségek mögött az állhat, hogy a Föld egy szupervákuumban van.
A kozmikus háttérsugárzás alapján mért Hubble-állandó 70 kilométer per szekundum per megaparszek, sokáig a standard modell alapján ezt fogadták el általánosnak. Csakhogy ha a tágulás sebességét nem a háttérsugárzáshoz, hanem a közeli galaxisokhoz és szupernóvákhoz mérjük, 10 százalékkal nagyobb értéket kapunk, mint korábban.
A német kutatók magyarázata erre az, hogy egy nagy ürességben élünk, vagyis átlag alatti sűrűségű területen. Ez akár befolyásolhatja a helyi méréseket is, ha az anyag a vákuumból „kifolyik”, vagyis a vákuum körülötti sűrűbb régiók megnyújtják a Föld körüli teret, erősebb gravitációs hatással dolgozva, mint a vákuum.
Ha ez az elmélet valós, akkor a Földnek pont a nagyjából milliárd fényéves átmérővel rendelkező üresség közepén kellene elhelyezkednie. Az üresség és vákuum szót ebben az esetben persze nem szó szerint kell érteni: a kutatók számítása szerint nagyjából 20 százalékkal lenne ritkább, mint a körülötte lévő tér.
Érdemes megjegyezni, hogy a standard modell szerint egy ilyen nagy és mély vákuum nem valószínű, így az ötlet maga elég vitatott. A kutatók ahhoz, hogy tovább bizonyítsák az elméletüket, egy módosított newtoni dinamika (Modified Newtonian Dynamics, MOND) nevű teóriát vettek alapul, amit eredetileg azért hoztak létre, hogy megmagyarázza a galaxisok forgási sebességének anomáliáit. A MOND szerint a jelenséget nem sötét anyaggal, hanem newtoni fizikával is meg lehet magyarázni. Az univerzum korai tágulásának sebessége a MOND-modellben hasonló, mint a standard modellben, de a struktúrák, például galaxisklaszterek, gyorsabban növekednének. Ez az elmélet megengedné azt, hogy a Hubble-állandó lokális mérései fluktuáljanak attól függően, hol mérünk.
A különböző helyszíneken történő mérésekben az úgynevezett ömlesztett áramlás segíthet, ami az anyag átlagos sebességét mutatja meg egy adott gömbben, és teljesen mindegy, hogy abban a gömbben mennyire sűrű az anyag. Ezen a skálán a galaxisok ömlesztett áramlásának sebessége négyszerese annak, amit a standard modell megjósolna. Úgy tűnik, hogy a sebesség egyre nő a megfigyelt régió méreteivel, ami szintén a standard modell ellen megy. Ezekkel a számításokkal azonban a vákuumelmélet megállja a helyét.
Persze egyelőre ez az elmélet nem oldotta meg biztosan a Hubble-feszültséget, de jobb magyarázatot kínálhat a jelenleg létező modelleknél. A kutatók szerint a probléma az, hogy nem lehet megfigyelni, a gravitáció hogyan viselkedik ilyen óriási léptékben, de könnyen lehet, hogy Einstein általános relativitáselméletének átírására is szükség van, ha az elmélet valóban megállja a helyét.