Hatalmas kozmikus üreg lehet a lakóhelyünk távol az univerzum sűrűbb térrészeitől? Úgy tűnik, a csillagászok bizonyítékot találtak arra, hogy a Tejútrendszer és benne a Föld is a világegyetem egy hatalmas és döbbenetesen üres térrészében helyezkedik el, ez pedig torzítja a kozmoszról alkotott eddigi megfigyeléseinket, illetve elképzeléseinket.
Hatalmas kozmikus üreg közepén van a galaxisunk - állítja egy új hipotézis
Az ősrobbanás visszhangjainak elemzésén alapuló radikális hipotézis azt sugallja, hogy galaxisunk az univerzumnak egy olyan hozzávetőleg 2 milliárd fényévnyi átmérőjű régiójában lebeghet, amelynek 20%-kal kisebb a sűrűsége a világegyetem átlagos sűrűségénél. Ha ezek az eredmények helytállónak bizonyulnak, úgy egyrészt segíthetneka csillagászoknak meghatározni az univerzumunk valódi korát, másrészt pedig megoldást kínálhatnak a kozmológia egyik legnehezebb rejtélyére, az úgynevezett Hubble-feszültségként ismert ellentmondásra, miszerint a fiatal univerzum a múltban lassabban tágult, mint ahogyan ma.
A Hubble-állandó, vagyis a világegyetem tágulási sebessége az egyik legfontosabb paraméter ahhoz, hogy megértsük az univerzum fejlődését és végső sorsát is. A Hubble-feszültségként ismert jelenség viszont azt mutatja, hogy az univerzum tágulási sebességében olyan eltérések mutatkoznak, amelyek nem vezethetők vissza mérési hibára. Az eltérésre még nincs elfogadható magyarázat, egyes hipotetikus elképzelések szerint ezt egyaránt okozhatja a rejtélyes sötét anyag vagy a sötét energia, egy egyedülálló és eddig még ismeretlen mező vagy részecske, de az is elképzelhető, hogy felül kell vizsgálnunk a gravitációról alkotott eddigi elképzeléseinket.
Ez a felfedezés a meglévő kozmológiai modellek jelentős átdolgozását eredményezheti. A kutatók az eredményeiket július 9-én a brit Királyi CsillagászatiTársaság országos találkozóján mutatták be az angliai Durhamben.
Zavar mutatkozik a térben és a standard modellben is
Az elmúlt évtizedben a hagyományos kozmológiai modell egyre nagyobb válságba került, mivel a Hubble űrteleszkóp, majd később a James Webb űrteleszkóp megfigyelései is arra utaltak, hogy a világegyetem nem egyenletesen, hanem különböző ütemben tágul annak függvényében, hogy a csillagászok éppen az univerzum mely térrészeit vizsgálják.
Jelenleg két "aranystandard" módszer létezik ennek a tágulási sebességnek, az úgynevezett Hubble-állandónak a kiszámítására. Az első a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás apró ingadozásainak vizsgálatából indul ki, ami az univerzum első fényének ősi emléke és amely mindössze 380 000 évvel az ősrobbanás után keletkezett. Ez a módszer lehetővé tette a csillagászok számára, hogy nagyjából 67 kilométer/másodperc/megaparszek (km/s/Mpc) tágulási sebességet következtessenek ki, ami szorosan megegyezik a kozmológia standard modelljének az előrejelzéseivel is. Ezzel szemben a második módszer, a pulzáló csillagokkal, az úgynevezett cefeida-változókkal végzett közelebbi távolságok mérése azonban rejtélyesen magas, 73,2 km/s/Mpc értéket adott a Hubble-állandóra.
A Cefeida-típusú változó, vagy rövidítve cefeida a pulzáló változócsillagok egyik fajtája. E változótípusba jellemzően 4-5 naptömegű vagy ennél nehezebb sárga szuperóriások tartoznak amelyek a színüket, a fényüket és az átmerőjükett néhány napos vagy néhány hetes periódussal szabályosan változtatják. A cefeida változásainak periódusa és az abszolút fényessége között összefüggés áll fenn, éppen ezért a cefeidák kiválóan felhasználhatók a kozmikus távolságok pontos meghatározására.
Ez az első ránézésre nem túl nagynak látszó eltérés elég ahhoz azonban, hogy teljesen ellentmondjon a kozmológia standard modellje alapján jósoltaknak.
Ezért a csillagászok az ellentmondás feloldása érdekében számos kisebb-nagyobb átdolgozást javasoltak a standard modellen , beleértve a hipotetikus sötét energia és a sötét anyag teljes kizárását is.
A világegyetem keletkezésére vonatkozó általános elméletet nevezzük a kozmológia standard modelljének. A standard modell szerint az univerzum egy extrém sűrű és forró állapotból, az úgynevezett szingularitásból alakult ki 13,8 milliárd éve az ősrobbanással (Big Bang), és azóta folyamatosan tágul. Az ősrobbanás helyes értelmezése szerint a Big Bang előtt nem létezett sem a tér, sem pedig az idő.
"Ennek az ellentmondásnak az lenne az egyik lehetséges megoldása, hogy a galaxisunk egy nagy, lokális kozmikus üreg középpontjának a közelében helyezkedik el” – mondja Indranil Banik, a Portsmouth-i Egyetem csillagásza, a tanulmány vezető szerzője, akit a Live Science tudományos hírportál idéz. „Ez azt eredményezné, hogy az anyag a gravitáció hatására az üreg nagyobb sűrűségű külseje felé húzódna, ami miatt e kozmikus térrész idővel teljesen kiürülne”-magyarázza a tanulmány vezető szerzője. Ezáltal a lokális tágulás a kozmikus térben gyorsabb lenne, mint a kozmosz sűrűbb, távolabbi régióiban – tette hozzá.
Egy lokális kozmikus lyuk közepén ülhet a galaxisunk
Az az elképzelés, hogy a világegyetemünk egyes részei kevésbé sűrűk lehetnek mint más térrészek, először az 1990-es években fogalmazódott meg, amikor a kutatók kevesebb galaxist találtak Tejútrendszer intergalaktikus térségében, mint amennyire számítottak az univerzum más térrészeihez képest. A további kutatások alátámasztották ezeket a megfigyeléseket jelezve, hogy galaxisunk egy lokális lyukként vagy a KBC üregként ismert régió közepén lehet - ez utóbbi kozmikus üreg nevét a tanulmányban részt vevő csillagászok nevének kezdőbetűiből alkották.
Mindazonáltal egyes asztrofizikusok megkérdőjelezik, hogy a látszólag alul-sűrű teret ki lehetne-e tölteni fényt ki nem bocsátó objektumokkal. A bizonyítékok megalapozottságának további vizsgálata érdekében Banik és kollégái 20 évnyi adatot gyűjtöttek a közeli barion akusztikus oszcillációk (BAO) megfigyeléseiből.
A barion akusztikus oszcillációk az ősrobbanás során keletkezett olyan nyomáshullámok, amelyek befagytak a térben és az univerzum mentén terjeszkedtek, meghatározva a ma látható galaxisok eloszlását.
Ezek a hullámok csak rövid ideig terjedtek mielőtt megfagytak volna, miután az univerzum annyira lehűlt, hogy semleges atomok képződhettek” – magyarázza Banik. „Éppen ezért ezek egyfajta standard vonalzóként működnek, amelynek szögméretét felhasználhatjuk a kozmikus tágulás történetének ábrázolására” - mondja a Portsmouth-i Egyetem csillagásza.
Felül kell vizsgálni, hogy egyenletes-e az anyag elterjedése az univerzumban
A kutatók BAO-mérései szerint százszor valószínűbb, hogy kozmikus üregben élünk, mintsem hogy a galaxisunk az univerzumnak egy átlagos sűrűségű régiójában lenne. Banik és kollégái következő lépése az lesz, hogy összehasonlítsák az üregmodelljüket más modellekkel abból a célból, hogy kiderítsék, melyik illik legjobban az univerzum tágulásának történetéhez. Emellett meg kell vizsgálniuk a kozmológia standard modelljének módosítási lehetőségeit is, beleértve azt a feltételezést, hogy az anyag egyenletesen oszlik-e el az univerzumban.
A kutatók hipotézisének - a kozmikus üregelméletnek - a beigazolódása óriási hatású lehet nemcsak a világegyetem viselkedésének jobb megértése, hanem a benne elfoglalt helyünk szempontjából is. A modern csillagászat következetesen kimutatta, hogy a kozmoszról alkotott személyes képünk egészen kivételesnek számít. Ha azonban egy kozmikus üresség közepén élünk, ebben az elszigeteltségünkben még egyedülállóbbak lehetünk annál, mint ahogy ezt eddig gondoltuk.
Az új hipotézis szerint:
- a Tejútrendszer egy 2 milliárd fényév átmérőjű kozmikus üregben található,
- amelyben az anyagsűrűség sokkal ritkább mint az univerzum más részein,
- mindez azt mutatja, hogy az anyag nem egyenletesen oszlik el a világegyetemben,
- ami miatt a kozmológiai standard modellje is módosításra kerülhet.
