A sötét energia rejtélyes, az egész Világegyetemben jelen lévő energiaforma, amely a kozmikus tágulás gyorsulását idézi elő azáltal, hogy erős antigravitációs hatást (negatív nyomást) fejt ki. Nemrég hozta nyilvánosságra többéves adatgyűjtésének záró elemzését a sötét energia és a sötét anyag természetét vizsgáló nemzetközi Dark Energy Survey (DES) együttműködés, melyben magyar részről a HUN-REN CSFK Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet munkatársa, Kovács András, az MTA-CSFK Lendület Nagyskálás Szerkezet Kutatócsoport vezetője vett részt. Vele beszélgetett a tudás.hu.
A szerző felvétele
Miért tekinthető a Világegyetem szerkezetéről és tágulási történetéről az eddigi egyik legátfogóbbnak a Dark Energy Survey (DES) együttműködés és miért mondják, hogy ugyanerről az egyik legpontosabb képet tudta nyújtani?
Amiben élünk, a precíziós kozmológia kora, amikor már akár néhány százalékos pontossággal ismerjük az Univerzum alapvető paramétereit. Ehhez persze nagyon sok idő és különféle technikai vívmányok sora kellett és persze rengeteg adat. Az említett lényegi mutatók között említhetem a Világegyetem tágulási történetét, miképpen csomósodik benne az anyag a nagy kozmikus kezdőrúgástól a 13,7 milliárd éves idő során és mik ennek a részletei. A Dark Energy Survey a sötét energia felmérésére alakult és a több mint hat éven át tartó méréssorozatokkal az eddigi legtöbb és legpontosabb adatot lehetett összegyűjteni, jóllehet az így kialakult kozmikus térkép csak a teljes égbolt egynyolcadát fedte le. Ez azonban ebben a vonatkozásban nagyon soknak számít, mivel minden más hasonló kutatással szemben sokkal nagyobb területet vizsgált meg.
Az eredmények a korábbi méréseknél több mint kétszer pontosabb paramétereket határoztak meg az Univerzum alapvető összetételére vonatkozóan.
Galaxistérképek hagymahéjszerűen elképzelve
A hét ország 35 intézményét tömörítő projekt keretében dolgozott 400 kutató több mint 600 millió távoli galaxist figyelt meg. Az eredményben a kutatók számán és a kutatással eltöltött időn túl mi számított még?
Az, hogy ez volt talán a legjobban szervezett és legjobb hangulatú projekt, amiben részt vettem. Nagyon ügyeltek például a fiatal kutatókra, s az idősebbeknek majdnem, hogy kötelező volt háttérbe vonulniuk, így a kutatásokról megjelent szakcikkek vezető szerzői majdnem kivétel nélkül a fiatalabbak közül kerültek ki.
A projektet amerikaiak vezették, az USA energiaügyi minisztériumához (Department of Energy, DOE) tartozó Fermi National Accelerator Laboratory (Fermilab) irányításával zajlott munka során egy könyv is született Több mint sötét energia (More than Dark Energy) címmel, ami azt is bemutatja, hogy mennyi minden más eredményt is hozott a kutatás, kisbolygók felfedezésétől a gravitációs hullámokig. Az sem volt véletlen, hogy melyik tárca adott pénzt, mert a projekt valamiképpen a jövő energiakutatásának részét képezte és ez is szerepet játszott a pozitív végkifejletben, jóllehet azt, hogy mit lehet kezdeni a sötét energiával, azt még most sem tudjuk.
Volt már egyáltalán ilyen átfogó kutatás kifejezetten a sötét energiáról?
Úgy gondolom, hogy nem. Azóta viszont elindultak más együttműködések, például a kevesebb galaxist pontosabban vizsgáló spektroszkópos felmérés, a szintén amerikai irányítású DESI. Ezek mind valamiféle galaxistérképeket képeznek. Ebben a munkában többek között a robbanó csillagok fényességének mérése is segít, aminek kalibrálásából kihámozható a Világegyetem tágulásának mértéke, ahogyan abból is, hogy mennyi idő alatt tud ugyanannyi galaxishalmaz kialakulni különböző kozmológiai modellekben. A folyamatban egyrészt a sötét és a látható anyag csomósodik, ami egyfajta összehúzódás, ezzel szemben a sötét energia szétfeszíti, felfújja az Univerzumot. Tulajdonképp ezt a kötélhúzást tanulmányozzuk a megmért adatokkal és ezért kellenek olyan galaxistérképek, amelyeknél magunk körül az anyag eloszlását hagymahéjszerűen képzeljük el. Azt nézzük például, hogy a távoli hagymahéjakban még kicsit más volt a galaxisok szomszédsági viszonyrendszere, vagyis a köztük lévő „üregek” még nem voltak akkorák.
Ahogy a galaxisok egymás felé közelítenek, szükségszerűen üres részeket hagynak maguk után és egyre nagyobb lesz a különbség a galaxisban gazdag és a galaxisokban szegény részek között. A most véget ért kutatás pedig ilyen hagymahéjak mentén tomografikus módon (szeletekre bontva) azt is megnézte, mennyire csomósodott össze a látható anyag.
Forrás: E
Wikimedia Commons /ESA
Az einsteini modell érvényessége nem változik
Mennyire igaz, hogy a kutatásuk voltaképpen megerősítette a kozmológia standard modelljét, (azt az univerzum fejlődését leíró elméletet, amely szerint a Világegyetem az ősrobbanással kezdődött, tágul, és jelenleg kb. 68 százalék sötét energiából, 27 százalék sötét anyagból és 5 százalék rendes (látható) anyagból áll. Azt a modellt, amely az Einstein-féle általános relativitáselméleten alapul, és sikeresen magyarázza többek között a galaxisok eloszlását és hogy az eredmények fényében csak kis kiigazítások szükségessége merült fel?
Úgy tűnik, hogy a végső eredmény valami olyasmi, amit tudtunk eddig is és a sötét energia tulajdonságai összhangban vannak az einsteini elmélettel, ami a térben és időben állandónak tűnő kozmológiai állandóra vonatkozik. Erős érv van tehát amellett, hogy a sötét energia is mindenütt egyforma, egyenletesen tölti ki a teret.
Mégis, olyasmit kutattak, amiről még nincs közvetlen kézzelfogható bizonyíték. Mennyire nehezítette ez a kutatást? Milyen érzés olyasmivel foglalkozni, amit még nem sikerült közvetlenül megfigyelni?
Személy szerint nekem ez nem okoz gondot, s a kutatók között is nagy az érdeklődés ez iránt, hiszen mindenki szeretné megérteni a nagy egészet, ezt a talán végtelen ideje létező, végtelen kiterjedésű, mindent betöltő kozmikus hálót. Ezzel a feladattal nehéz megbirkózni, de hozzá lehet szokni.
Ha szembesülünk egy problémával a fizikában, vagy azt mondjuk, hogy ki kell dobni az elméletet és létrehozunk egy másikat. De az is lehet, hogy berakunk egy elemet az elméletbe, hogy azzal együtt megmagyarázzuk. Volt is ilyen eset, amikor az Uránusz pályájával nem stimmelt valami az elmélet szerint.
Az egyik elképzelés azt volt, hogy meg kell változtatni a newtoni fizikát, a másik viszont berakott egy elemet, egy másik, még nem ismert bolygót, ami később Neptunusz néven vált ismertté és innentől minden stimmelt.
Amikor a Merkúr pályájával volt valami hasonló, akkor is ezt a sémát akarták alkalmazni, itt viszont nem jött be, nem volt másik bolygó, ami a Merkúrra hatott volna, tehát el kellett engedni a newtoni fizikát, ami viszont egy korai érv volt az általános relativitáselmélet mellett. Így állunk most sötét anyaggal és sötét energiával. Nagyon szeretnénk megtartani a kozmológiai elvet, miszerint a Világegyetem minden irányban ugyanolyan, de ennek az az ára, hogy el kell képzelnünk ilyen láthatatlan, megfoghatatlan dolgokat. Viszont, ha ezeket lefuttatjuk a számítógépeken, egybevágni látszik az elmélettel, s ha az extrém üresnek tűnő régiókban is látunk netán valamit, akkor lehet, hogy a sötét dolgok mégsem annyira sötétek. Én ebben hiszek.
Akkor, ha jól értem, a sötét anyag és a sötét energia a kozmológia egyik legfontosabb kérdései?
Sokan inkább a korai Univerzum kialakulásának kérdésére voksolnának.
De a sötét anyag és energia épp azért olyan izgalmas, mert kezdetben nem voltak ennyire fontosak, és nem értjük, hogy miképpen kerültek a képbe. Viszont, ha léteznek, kötelességünk foglalkozni velük, mert az Univerzum jövőjét meghatározzák. A tágulásnak és a struktúrák képződésének van egy kényes egyensúlya, és ebbe avatkozott be a sötét energia mintegy egymilliárd évvel ezelőtt. Mivel egyre több üres tér keletkezett, egy öngerjesztő folyamatnak tűnik, hogy a sötét energia részaránya egyre nagyobb lesz.
Nem lesz Nagy Reccs?
A DES-hez hasonló nevű DESI konzorcium méréseiről közzétett tavalyi hírek szerint viszont a Világegyetem tágulása nem gyorsul, amit egyébként kevesebb mint 30 éve fedeztek fel a sötét energiával együtt, hanem lassul, mert a sötét energia gyengül. Ezt egyesek tovább vitték, hogy a tágulás zsugorodássá csaphat át és a Nagy Bumm után lehet egy Nagy Reccs, vagyis összeomlás. Elképzelhető ez?
Bár van némi esélye, hogy véletlenről van szó, de az anyag csomósodását mérő adatokat értelmezve elég valószínűnek tűnik, hogy ezt mutatják. Vagyis egy korábbi, a kozmológiai állandó szerint megjósoltnál is gyorsabb tágulás után most ez a folyamat kicsit lassúbb. Ezt szakmai körökben olvadozó sötét energia modellnek is hívják, de az Univerzumról alkotott tudásunkkal ez azért egybevág, mert az egyensúly felé viszi a dolgot és mintha visszatérne egy lassuló tágulás felé és ez egy fenntartható Világegyetem képének felel meg. Az összeomlás tehát szerintem nem garantált, sőt.
Forrás: Wikipedia
Melyiket lehetne elviekben jobban „tettenérni”, a sötét energiát vagy a sötét anyagot?
A sötét anyag kicsivel könnyebb falatnak tűnik, merthogy az csomósodik és tudjuk, hogy hol kell keresni. Ahol sok a látható anyag, ott több lehet a sötét anyag is, ami gyorsítja a körülötte lévő látható anyag mozgását, csomósodását, ami további fogódzó.
A mesterséges intelligencia mennyiben tud segíteni az ilyen kutatásokban?
A kozmológiai mérések még nem a mesterséges intelligenciára alapultak, de már korábban is felmerült, mi van akkor, hogy ha odaadjuk az MI-nek a galaxisok koordinátáit és az adja majd ki a kozmológiai paramétereket.
Ezt is megtették, de ez sem rajzolt ki alapvetően más képet. Mégis hasznos az ilyen próbálkozás, mert például ma napi szinten foglalkozunk a diákokkal ilyen, mesterséges intelligencia segítségével létrejövő szimulációk készítésével.
A következő lépés az lehetne, ha majd az adatfelvételekbe is bevonható lesz, ami az új chilei Vera Rubin távcső esetében lehetőség, amelynél eddig a szakemberek írták meg a programot, hogy mely irányokban szkenneljék végig az égboltot, de lehet, hogy az MI ebben is talál optimalizálni való változást.
Abból, hogy a projektet az amerikai energiaügyi tárca finanszírozta, meg merem kérdezni, lehet-e bármilyen gyakorlati következménye az ilyen kutatásoknak?
A sötét energiával hajtott repülő autó lehet, hogy csak álom, de az intézetben azt szoktuk mondani, hogy az is gyakorlati jelentőségű, ha el tudjuk mondani ezt a kozmikus történetet azoknak, akik kíváncsiak rá. A kozmológia mindig is különleges területe volt a tudománynak, amelynek nagyon kevés a gyakorlati haszna. A Dark Energy Survey százmillió dolláros projekt volt, de részt veszünk az Európai Űrügynökség 2023-ban felbocsátott Euclid űrtávcsövével kapcsolatos projektben is, amelyben a sötét Univerzum szintén az egyik fő téma és ami már milliárd dolláros nagyságrendű.
Hogy az ilyen projektekben milyen műszaki vívmányok születnek és ezekből mit lehet majd a gyakorlatban hasznosítani, kérdéses, de az eredmények minden esetben teljesen transzparensek, mindenki számára elérhetőek.
