A világegyetem nagy rejtélye: még mindig nem tudjuk, hogyan tágul az univerzum

Egy új és átfogó tanulmány több évtizednyi kutatás alapján arra próbált meg választ adni, hogy mi az a lényeges elem, ami még hiányzik az univerzum egyik alapvető tulajdonságának a megértéséhez. Azt, hogy a világegyetem tágul, először Albert Einstein általános relativitáselmélete jósolta meg teoretikusan, és bő egy évtizeddel később, 1929-ben Edwin P. Hubble amerikai csillagász meg is találta a csillagászati bizonyítékot az einsteini hipotézis helytállóságára. Később azonban egyre több olyan kérdés fogalmazódott meg az univerzum tágulásával kapcsolatban, amire nem sikerült elfogadható magyarázatot találni. 1998-ban pedig az is bebizonyosodott, hogy a világegyetem ráadásul gyorsulva tágul.

Megoldatlan rejtély az univerzum nem egyenletes sebességű tágulása Fotó: NASA/ESA

Egységes keretrendszert kellett kialakítani a Hubble-állandó legpontosabb meghatározásához

Az Astronomy & Astrophysics szakfolyóiratban április 10-én megjelent tanulmány szerzőinek sikerült meghatároznia az eddigi legpontosabb Hubble-állandót, és megállapították, hogy a Hubble-feszültség ennek ellenére továbbra is fennáll, ami arra utal, hogy a jelenlegi kozmológiai modellünk lehet hiányos. „A [Hubble-állandó] késői és korai univerzumi értékeinek összehasonlítása kozmológiai léptékekben teszteli az alapvető fizikát, és azt mutatja, hogy valami hiányzik” – mondja Richard Anderson, a tanulmány társszerzője és a Göttingeni Egyetem asztrofizikusa, akit a Live Science tudományos hírportál idéz. 

A Hubble-feszültség arra utal, hogy valami hiányzik a kozmológiai standard modellből   Fotó: NASA/JPL-Caltech

A korábbi kozmológiai számítások egy kozmikus távolságlétra létrehozásán alapultak. Ennek az egyes fokai egyre távolabbi kozmikus objektumokat foglalnak magukba, beleértve ezekbe a Tejútrendszer cefeida változócsillagait és a távolabbi szupernóvákat is, amelyek távolsága a saját fényességük és a számunkra látható fényességük közötti különbségből számítható ki, miután fényük áthaladt a táguló téren. 

Egy szupernóva művészi ábrája   Fotó: AFP

Egy nemrégiben indult közösségi erőfeszítés, amelyet a 2025 márciusában Bernben a Nemzetközi Űrtudományi Intézet konferenciáján indítottak el, kibővítette a kozmikus távolságlétrát a közeli univerzum átfogó felmérésévé, az úgynevezett lokális távolsági hálózattá és ezzel egy olyan célt sikerült elérni, amit egy évtizeddel ezelőtt még „potenciálisan elérhetetlennek” tartottak.

                                   Egy kozmikus „távolságlétra” illusztrációja, amelyet az univerzum tágulási ütemének kiszámítására használnak                                                    Fotó:  CTIO/NOIRLab/DOE/NSF/AURA/J. Pollard / Live Science

 „Ez nem csupán a Hubble-állandó új értéke, hanem egy olyan keretrendszer, amely több évtizedes független távolságmérés eredményeit hozza össze átláthatóan és hozzáférhetően” – hangsúlyozzák a kutatók a Nemzeti Tudományos Alapítvány NOIRLab-jának közleményében. 

Az egységes keretrendszer évtizedek független kutatását egyesítette különféle, a megfigyelésekkel átfedésben lévő technikákat alkalmazva, 

hogy elérje a redundanciát – egy felbecsülhetetlen értékű technikát a szisztematikus hibák és a statisztikai anomáliák csökkentésére. Egy adott technika, például a cefeidák fényváltozásán alapuló számítások kizárásával minimális változást találtak az újonnan meghatározott Hubble-állandó összesített eredményeiben.

Az eddigi legpontosabb állandó ellenére is fennmaradt a Hubble-feszültség

A Lokális Távolsági Hálózat olyan égitestekre, úgynevezett horgonypontokra épít, amelyek távolságát geometriailag határozták meg a parallaxis segítségével, ami egy objektum helyzetének látszólagos változása a perspektíva megváltozásával. Ennek megfelelően a kutatók több lokális univerzum-horgonypontot használtak a minél pontosabb érték meghatározásához, köztük az NGC 4258 galaxist, amely több mint 20 millió fényévnyire található tőlünk, továbbá a Magellán-felhőket, amely egy körülbelül 200 000 fényévnyire fekvő törpegalaxis-pár; és számos változócsillagot a Tejútrendszeren belül. 

Mintegy 7500 galaxis adatait vonták be a kutatásba   Fotó: NASA/JPL

Ezután számos további pontosan ismert távolságú objektumot is bevettek a méréssorozatba, beleértve ebbe a haldokló öreg vörös óriáscsillagokat és a megamézereket, vagyis a szupermasszív fekete lyukak akkréciós korongjaiban keletkező intenzíven fényes kozmikus lézereket. A kutatók több mint 7500 galaxist is figyelembe vettek, amelyeket olyan nagy teljesítményű csillagászati eszközökkel figyeltek meg, mint a Hubble űrteleszkóp és a Sötét Energia Spektroszkópiai Műszer, több mint egymilliárd fényév távolságig bezárólag. Ennek eredményeként a tanulmányban megadott Hubble-állandó a jelenlegi legpontosabb közvetlen mérését jelenti a lokális univerzumban: 73,50 kilométer másodperc per megaparszek értékkel, 1,09 százalékos relatív bizonytalansággal. 

Egy különösen viselkedő szupermasszív fekete lyuk az NGC 4945 galaxis középpontjában    Fotó: ESO/C. Marconcini et al.

A mindeddig legpontosabb mérési eredményből is az következik, hogy Hubble-feszültség valós és hasonló a korábban mért értékekhez, tehát a feszültség okát illetően kizárható a mérési hiba. Az a tény, hogy ez az eltérés továbbra is fennáll, arra utalhat, hogy a korai univerzumbeli méréseket hasonlóan mélyebb szinten kell újraértékelni. „Egy érdekes, viszonylag új és talán természetesebb ötlet az ősi mágneses mezőkhöz kapcsolódik, amelyek megváltoztathatják a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásban látható struktúra méretarányát” – magyarázta John Blakeslee, a tanulmány társszerzője, a NOIRLab kutatási és tudományos szolgáltatásokért felelős igazgatója. Így ez a kutatás is tovább erősíti azt az elképzelést, hogy új fizikára van szükség a sötét energia és az univerzum tágulását és a végső sorsát is befolyásoló egyéb erők megvilágításához. 

A feltételezett sötét anyag és  a sötét energia eloszlása az univerzumban   Fotó: TrendinTech

És mivel ez a keretrendszer moduláris, a következő generációs obszervatóriumokból származó adatok végre talán feloldhatják a Hubble-feszültséget – de hát pont ebben reménykednek a kozmológusok lassan már több mint egy évtizede.

A publikációt teljes terjedelmében és angol nyelven itt lehet elolvasni.

Az új tanulmány:

• minden korábbinál pontosabban határozta meg az univerzum tágulási sebességét,
• de ennek ellenére sem sikerült kiküszöbölni a Hubble-feszültséget,
• ami arra utal, hogy hiányos a jelenlegi kozmológiai standard modell.