Ősrobbanás: rekonstruálták a „nagy bumm” hangját, hátborzongatóan gyönyörű

Az univerzum a jelenleg legelfogadottabb kozmológiai modell szerint 13, 8 milliárd éve egy elképzelhetetlenül sűrű és forró pontszerű szingularitásból keletkezett. Az ősrobbanás valójában nem egy hagyományos detonáció, vagyis egy óriási kozmikus csattanás, illetve dübörgés kíséretében született meg, mint ahogy feltételeznénk. Ha utólag visszatekintünk a múltba és bepillantunk az újszülött és gyorsan kitáguló univerzumba, amit hallhatunk, az leginkább egy erősen avantgárd zenei kompozícióra hasonlít – állítja az ősrobbanás hangját rekonstruáló fizikus.

Nagyon sok mindent nem tudunk még az ősrobbanás körülményeiről Fotó: Quantum Zeitgeist

Az ősrobbanás, az univerzum megszületésének pillanata még számos nem, vagy csak nehezen megválaszolható kérdést rejt magában. A világegyetem keletkezéséhez kapcsolódó egyik ilyen izgalmas kérdés az, hogy lehetett-e, és ha volt, milyen lehetett a „Big Bang”, vagyis a „nagy bumm” hangja.

Az ősrobbanás volt az univerzum történetének a legrejtélyesebb pillanata (Fotó: Solar Story)

Az ősrobbanás zümmögése, ami kitölti a téridő teljes tartományát

2001-ben John Cramer, a Washingtoni Egyetem elméleti fizikusa írt egy tanulmányt, amelyben megpróbálta leírni az ősrobbanás hangját a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (KMA) adataira támaszkodva, amelyeket nagy magasságú ballonkísérletekből és műholdas észlelésekből gyűjtöttek. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás lényegében az ősrobbanás utófénye, egyben annak a kozmológiai modellnek is az egyik legfontosabb empirikus bizonyítéka ami azt próbálja megmagyarázni, hogyan jött létre az univerzum egy rendkívül forró és sűrű állapotból. 

A mikrohullámú háttérsugárzás akkor jelent meg először, amikor a fiatal univerzum kellően lehűlt ahhoz, hogy átlátszóvá váljon a világegyetem (Fotó: AAS Nova)

A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás, vagy más néven a relikvia sugárzás, egy olyan állandó és alacsony energiájú „zümmögés”, ami teljesen kitölti az általunk megfigyelhető univerzumot.

Az egész univerzumot kitöltő kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás egy olyan elektromágneses sugárzás, amelynek energiaeloszlása a 2,75 kelvin hőmérsékletű feketetest sugárzásnak felel meg, és amelynek maximuma a mikrohullámú frekvenciatartományba esik, ami 160,4 GHz-nél, vagyis az 1,9 méteres hullámhossznál található meg. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást először George Gamow amerikai fizikus jósolta meg elméleti úton még 1947-ben, majd másfél évtizeddel később Arno Penzias és Robert Wilson fedezte fel 1964-ben. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást tartják az ősrobbanási elmélet legfontosabb asztrofizikai bizonyítékának.

A mikrohullámú háttérsugárzás akkor jelent meg először – mindössze 380 ezer évvel az ősrobbanás után –, amikor a fiatal és még nagyon forró univerzum végre annyira lehűlt, hogy az elektronok csapdába eshettek az atommagok körüli pályákon, létrehozva az első atomokat, és ezáltal lehetővé vált a fotonok kiszabadulása is, vagyis átlátszóvá vált a fiatal világegyetem. 

Az univerzum történetének időszalagja az ősrobbanástól (Fotó: ELTE)

Néhány évvel azután, hogy Cramer publikációja megjelent, egy pennsylvaniai diák arról érdeklődött a fizikusnak írt levelében, hogy valahol és valami rögzíthette-e az ősrobbanás hangját.

Egy naiv kérdés, ami nem is volt annyira naiv

Cramer azt válaszolta a diáknak, hogy ilyesmi aligha történhetett meg, hiszen az ősrobbanás pillanatában, 13,8 milliárd éve nem rögzíthette semmi sem a nagy bumm hangját, ám a kapott kérdés mélyen elgondolkodtatta  a tudóst azon a problémán, hogy vajon lehetséges-e az ősrobbanás hangjának a reprodukálása. Átnézte a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásra vonatkozó adatokat, és megpróbált módot találni arra, hogy a sugárzási frekvenciát hanginformációvá alakítsa – írja az Ilf Science tudományos hírportál. John Cramer talált is egy módszert a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzási adatok becslésére a nagyon korai univerzum hőmérsékleti adatainak extrapolálásával.

A korai univerzum evolúciója még nem teljesen tisztázott (Fotó:  ESA/Lives Science)

 „Az eredeti hanghullámok azonban nem hőmérséklet-változások voltak, hanem olyan valódi hanghullámok, amelyek az univerzumban terjedtek” – írta Cramer még 2013-ban az e témához kapcsolódó újabb tanulmányában. A rekonstruált hangfelvétel eredetileg a NASA Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (WMAP) műholdjának – egy 2001 és 2010 között működő űrszonda – az adatain alapult, és amelynek a CMB égbolt hőmérséklet különbségeinek a feltérképezése volt a feladata. 

Később azonban ezt az adatsort az Európai Űrügynökség (ESA) Planck műholdmissziójának adataival frissítették. 

Cramer a hanganyag több változatát is elkészítette 20 és 500 másodperc közötti terjedelemben. Minden egyes rövid hangklip hatalmas idősávot sűrít össze, ami a kozmosz megszületése utáni 380 ezer évtől körülbelül 760 ezer évig terjed.

Túlvilági hangot hallatott az újszülött univerzum

Ahogy az univerzum gyorsan tágult és eközben le is hűlt, a hangok hullámhossza megnyúlt egyfajta mély hangzásvilággá alakítva át a korai univerzum zajfrekvenciáját – ahogyan Cramer fogalmazott –, „inkább egy basszushangszeres” hangtartományba terelve azt.

Hihetetlen, de az ősrobbanás utóhatásának hangja is volt (Fotó: University of Copenhagen)

 Ahhoz, hogy ezt a hangot az emberi fül számára is érzékelhető tartományba juttassa, elképesztő, 100 szeptilliószorosára kellett növelnie a frekvenciát (ez 100, majd további 24 nullát jelent). A hang a földöntúli zúgásból előbb egy mély, zümmögő, böfögésszerű hangzássá alakul, mielőtt fokozatosan egy hihetetlenül halk morgássá szelídülne.  A fiatal univerzum hangját az alább hallgathatjuk meg:

Van – vagy legalábbis volt – a hagyományos katódsugaras csövű tévékészülékek korában egy másik módja is az ősrobbanás utóhatásainak megtapasztalására. A régi analóg tévéken a csatornák közötti váltás villódzó „havas” mintázatot hozott létre a képernyőn. Noha ennek a statikus zajnak a nagy része más interferenciákból származott, de egy kis részét nem más, mint a korai univerzum halvány utófénylése, a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás okozta.

John Cramer, a Washington Egyetem elméleti fizikusa:

• egy pennsylvaniai diák kérdése alapján kezdte el azt vizsgálni, 
• hogy az ősrobbanás, illetve az újszülött univerzum hangja rekonstruálható-e,
• melynek során a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást hangfrekvenciákká transzformálta,
• és azt tapasztalta, hogy a hang a földöntúli zúgásból egy alig hallható morgássá szelídült.