Mégis lapos a Világegyetem!

Két amerikai kutatócsoport egymástól függetlenül ugyanarra a következtetésre jutott: az Univerzumban lévő anyag sűrűsége közel esik az ún. kritikus értékhez. A tudósok ennek ellenére továbbra sem tudják eldönteni, van-e a Világegyetemben elég anyag ahhoz, hogy megálljon a tágulás, s a kozmikus történelem egy visszafele lezajló Ősrobbanásban, a Nagy Reccsben érjen véget.



Az Ősrobbanás fénye

Bár nem tudjuk pontosan, milyen sors vár Univerzumunkra évmilliárdok múlva, abban biztosak lehetünk, hogy a Világegyetem története egy nagy erejű robbanással vette kezdetét.

Az Ősrobbanás egyik legfontosabb bizonyítéka az égbolt minden irányában egyformán mérhető mikrohullámú háttérsugárzás, amelyet Penzias és Wilson fedezett fel 1965-ben. George Gamow már 1940-ben feltételezte, hogy ha valóban bekövetkezett a Nagy Bumm az Univerzum születésekor, akkor a robbanáskor keletkező sugárzás legyengült maradványait ma is meg kell találnunk a világűrben. Ez a sugárzás eredetileg a robbanás fénye volt, de időközben hullámhossza megnyúlt, így már csak a mikrohullámú tartományban mérhető.

Az Ősrobbanást követő időszakban az Univerzumban elképzelhetetlenül nagy hőmérséklet uralkodott, így az anyag csak kezdetleges formájában, plazma állapotban volt jelen. Háromszázezer évvel a Nagy Bumm után a Világegyetem éppen annyira lehűlt, hogy a kósza atommagok és elektronok atomokká egyesülhessenek. Ez volt az a pillanat, amikor a háttérsugárzás is elindult útjára. Már nem nyelték el folyton a szabad elektronok.

A kutatók a háttérsugárzást elemezve rengeteg dolgot kideríthetnek a korai Világegyetemről. A sugárzás egyenletessége az újszülött Univerzumot kitöltő anyag eloszlásáról árulkodik. 1992-ben a COBE nevű NASA-műhold apró eltéréseket fedezett fel a háttérsugárzás intenzitásában. Bár a sugárzás első ránézésre teljesen egyenletesnek látszik, részletesebben vizsgálva piciny, századszázaléknyi ingadozások figyelhetők meg benne. Ezek az eltérések azt mutatják, hogy az anyag eloszlása nem volt teljesen egyenletes a korai Univerzumban. Már a legelső pillanatokban kisebb gócok, csomók alakultak ki a Világegyetemben: a mai galaxisok csírái.

Új eredmények

Két amerikai műszer eredményeit felhasználva a tudósok most minden eddiginél pontosabban elemezhették a háttérsugárzást. A Boomerang nevű teleszkópot 1998. december 29-én bocsátották fel az antarktiszi McMurdo Stationról. A kéttonnás berendezést egy héliummal töltött ballon szállította harmincnyolc kilométer magasan az Antarktisz jege felett, így a Föld atmoszférája gyakorlatilag nem zavarta a mérést, a folyamatos napsugárzás pedig lehetővé tette, hogy a ballon tíz és fél napon keresztül a levegőben maradhasson.

Miután a Boomerang az égbolt három százalékát feltérképezte, a kutatók megtisztították a képeket a zavaró hatásoktól, majd egy Cray T3E nevű szuperkomputer segítségével három hét alatt kielemezték az egymilliárd mérési adatot.



A Boomerang adataiból készült képen mintegy 1800 négyzetfoknyi égterület látható (a jobb alsó sarokban viszonyításképpen a telihold átmérője). A felső skála a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásban meglévő ingadozások mértékét mutatja mikrokelvinben (a Kelvin egymilliomod részében)

A másik teleszkóp - a Maxima -az égbolt jóval kisebb területére koncentrált, de sokkal részletesebb felbontásban figyelte meg a mikrohullámú háttérsugárzást.

Mindkét kutatás ugyanazt mutatja. A sugárzás hőmérsékletében apró, százmilliomod foknyi méretű ingadozások árulkodnak arról, hogy a Világegyetem térgörbülete közel esik a síkhoz. Mit is jelent ez pontosan?

"Lapos" Világegyetem

Az Univerzum jelenleg tágul, de ez nem jelenti azt, hogy örökké tágulni fog. Elképzelhető, hogy létezik elegendő anyag a kozmoszban ahhoz, hogy a befele ható gravitáció megállítsa a tágulást. Ekkor a Világegyetem tere elkezd majd összezsugorodni, és sok milliárd év múlva bekövetkezik a Nagy Reccs, a Nagy Bumm ellentéte. Ellenkező esetben viszont az Univerzum tere örökké csak növekedne.

Létezik egy kritikus anyagsűrűség, amelyet meg kell haladnia a Világegyetemnek ahhoz, hogy megálljon a tágulás. Ha "lapos" Univerzumban élünk, akkor Világegyetemünk anyagsűrűsége pont ezt a kritikus értéket veszi fel. Ez a legnagyobb sűrűségű olyan állapot, amely még örökké táguló Világegyetemet eredményez.



Einstein általános relativitáselmélete szerint a tömeg meggörbíti a teret.
A kör valójában egy meggörbített egyenes. Bár a kerülete megadható véges számmal, kiterjedése mégis végtelen, mert körbe-körbe járva soha nem lehet megtalálni a végét.

A gömb egy meggörbített kétdimenziós felület. Hajlított felszínén egészen mást jelent a háromszög vagy a négyzet fogalma, mint a síkon, hiszen az euklideszi geometria egyeneseit itt görbék helyettesítik.
Háromdimenziós teret még el tudunk képzelni, de görbült háromdimenziós teret már nehezen. Einstein szerint az Univerzum tere ilyen görbült háromdimenziós tér. A görbület mértékét szintén a Világegyetem anyagsűrűsége határozza meg.

Ha tehát a kutatók viszonylag pontosan kiszámítanák a háttérsugárzás adataiból az Univerzum anyagsűrűségét, akkor a Világegyetem geometriája és a kozmosz sorsa egyszerre kiderülne.



A Boomerang képein látható, a háttérsugárzásban lévő forró és hidegebb foltok jellemző méreteinek vizsgálatával következtethetünk a tér geometriájára. A kozmológiai modellek azt jósolják, hogy amennyiben az Univerzum "lapos", akkor a legtöbb folt mérete 1 fok átmérőjű (alul, középen). Amennyiben az Univerzum tere erősebben görbült, akkor a torzító hatás miatt a foltok nagyobbaknak (balra, zárt Univerzum), illetve kisebbeknek (jobbra, nyitott Univerzum) látszanának. A Boomerang megfigyelései azt támasztják alá, hogy a tér geometriája közel esik a síkhoz, vagyis az Univerzum anyagsűrűsége a kritikus érték közelében lehet.

Bár a Boomerang és Maxima eredményei azt mutatják, hogy az Univerzumban lévő anyag mennyisége közel esik a kritikus értékhez, a tudósok továbbra sem tudják eldönteni, hogy nyílt, örökké táguló Világegyetemben vagy zárt Univerzumban élünk-e. Ehhez, úgy tűnik, az eddigieknél is részletesebb kutatásokra lesz szükség.

Münz Márton

Kozmológia
A szerkesztő ajánlata: talán az egyetlen magyar nyelvű honlap a témában, kitűnő tartalommal és igényes szerkesztésben. További részletek az Univerzum múltjával, jelenével és jövőjével kapcsolatban.

Ajánló:

A COBE másik nagyszerű eredménye, egy másik kozmikus háttérsugárzásról. További információk angol nyelven.