A Hubble és a JWST megerősítette: fogalmunk sincs, hogyan tágul a világegyetem

Nem sikerült megfejteni a Hubble-feszültségként ismert ellentmondást, sőt csak megerősítette, hogy tényleg nem működik a modell.

A James Webb Űrtávcső (JWST) új megfigyelései tovább erősítették az egész fizika egyik legbizarrabb megfigyelését, miszerint az univerzum különböző sebességgel tágult élete különböző szakaszaiban.

A Hubble-feszültségként emlegetett rejtély olyan vitát szított a csillagászok között, amely megváltoztathatja, vagy akár teljesen fel is boríthatja a tudományterületet. 2019-ben a Hubble-űrteleszkóp mérései megerősítették, hogy a probléma valós. Majd 2023-ban és 2024-ben a JWST még pontosabb mérései látszólag megerősítették az ellentmondást.

Új ellenőrzés a Hubble-feszültségre

Most további mérésekkel a JWST első két űrben töltött éve alatt gyűjtött adatok legnagyobb mintáját használták fel a probléma további bebetonozására. Az új fizika, amely választ adhat a rejtélyre, továbbra sem világos, de ahogy a kutatók a The Astrophysical Journal című folyóiratban december 9-én megjelent tanulmányukban felvázolják, a feszültség nem múlik el.

„Minél több munkát végzünk, annál inkább nyilvánvalóvá válik, hogy az ok valami sokkal érdekesebb, mint egy távcsőhiba. Inkább úgy tűnik, hogy az univerzum egy sajátossága” – mondta a tanulmány vezető szerzője és Nobel-díjas Adam Riess, a Johns Hopkins Egyetem fizika- és csillagászprofesszora. „[A] következő lépések számosak. Sok fronton további adatokra és új ötletekre van szükség”.

Honnan tudjuk, hogy nem stimmelnek a számok?

A Hubble-állandó, vagyis az univerzum tágulásának sebességét számszerűsítő érték kiszámítására kétféle módszer létezik, írja a University of Chicago. Az első módszer a kozmikus mikrohullámú háttérben bekövetkező apró ingadozások mérésével történik – ez az univerzum első fényének ősi pillanatfelvétele, amely mindössze 380 000 évvel az ősrobbanás után keletkezett.

Miután az Európai Űrügynökség Planck műholdjának segítségével feltérképezték ezt a mikrohullámú ingadozást, a kozmológusok a Hubble-állandóra következtettek, amely nagyjából 46 200 km/perc/millió fényév, azaz megaparszekundumonként (km/s/Mpc) nagyjából 67 kilométer/másodperc. Ez, a korai világegyetemre vonatkozó egyéb mérésekkel együtt, összhangban van az elméleti előrejelzésekkel.

A második módszer közelebbi távolságoknál és a világegyetem későbbi korszakában működik a Cepheid-változóknak nevezett pulzáló csillagok segítségével. A cefeida csillagok lassan haldokolnak, és héliumgázból álló külső rétegeik növekednek és zsugorodnak, miközben elnyelik és leadják a csillag sugárzását, így periodikusan villognak, mint a távoli jelzőlámpák.

Ahogy a cefeidák fényesebbek lesznek, lassabban pulzálnak, ami lehetővé teszi a csillagászok számára, hogy megmérjék a csillagok saját fényességét. Ezt a fényességet összehasonlítva a csillagok megfigyelt fényességével, a csillagászok a cefeidákból egy „kozmikus távolsági létrát” állíthatnak össze, amellyel egyre mélyebbre tekinthetnek az univerzum múltjába.

Ezzel a mércével a helyén, és miután a cefeidák fényességét az Ia típusú szupernóvák robbanásaihoz rögzítették, a csillagászok pontos számot tudnak találni az univerzum tágulási sebességére abból, hogy a pislákoló csillagok fénye hogyan nyúlt el, vagy tolódott el a vörösbe. Az ezzel a módszerrel kapott Hubble-állandó körülbelül 73 km/s/Mpc: ez az érték messze kívül esik a Planck-mérések hibatartományán.

Miért nem egyezik?

A csillagászok különböző magyarázatokat kínáltak az eltérés okára. Egyesek az eredményeken belüli szisztematikus hiba lehetőségét próbálták kideríteni. Eközben Riess és csapata egyre pontosabb és szélesebb körű vizsgálatokkal szilárdította meg a feszültséget, írja a Live Science.

Ez az új tanulmány egy újabb láncszem. A 2019-es Hubble-tanulmány mintájának nagyjából egyharmadát lefedő új elemzés a JWST segítségével 2%-os pontossággal mérte a minta cefeida-távolságait – ami nagy előrelépés a Hubble 8-9%-os pontosságához képest.

Ezen eredmények összevetése más távolságmérő csillagokkal, például szénben gazdag csillagokkal és fényes vörös óriásokkal 72,6 km/s/Mpc értéket adott, ami majdnem azonos a Hubble eredeti mérésével.

Hogy pontosan mi okozhatja a furcsa eltérést, nem világos. De a csillagászok között sok a találgatás.

Az egyik lehetőség, hogy „valami hiányzik a korai világegyetemről alkotott képünkből, például az anyag egy új összetevője – a korai sötét energia -, amely az ősrobbanás után váratlanul lökést adott az univerzumnak” – mondta Marc Kamionkowski, a Johns Hopkins Egyetem kozmológusa, aki segített a Hubble-állandó kiszámításában, egy nyilatkozatban. „És vannak más ötletek is, mint például a sötét anyag furcsa tulajdonságai, egzotikus részecskék, változó elektrontömeg vagy ősmágneses mezők, amelyek a trükköt elvégezhették.”

Ez is érdekelhet:

• A Tejút sokkal különlegesebb galaxis, mint társai
• Furcsa galaxisokat talált a James Webb, amelyek megkérdőjelezik keletkezésük elméletét