A sötét anyag és a sötét energia

Az univerzum legnagyobb rejtélyei közé tartoznak

A világegyetem megfigyelhető objektumai mindössze az univerzum tömegének a 4,6 százalékát alkotják. A tömeg 23 százalékát a sötét anyag, a 72 százalékát pedig a sötét energia teszi ki, melyekről még alig tudunk valamit.

Nevük megtévesztő: a sötét jelző csak az ismeretlenségükre utal. De miért ismeretlenek? A sötét anyagot beburkoló homály oka, hogy nem bocsát ki és nem is nyel el semmilyen elektromágneses sugárzást, csillagászati műszerekkel nem lehet közvetlenül megfigyelni, csak a látható anyagra, valamint a kozmikus háttérsugárzásra gyakorolt gravitációs hatása jelzi, hogy létezik. Fritz Zwicky svájci csillagász 1934-ben a Coma-galaxishalmaz vizsgálata során a halmaz szélén lévő galaxisok sebességéből, a halmaz fényességéből és a galaxisok száma alapján két tömegbecslést adott a galaxishalmazra. Ezeket összehasonlítva pedig észrevette, hogy a galaxisok sebességeloszlása alapján megállapított tömeg 400-szor nagyobb, mint amekkorát a távcső segítségével mért. Ebből pedig kikövetkeztette, hogy léteznie kell egy teleszkóppal nem látható, közvetlenül meg nem figyelhető, de nagy tömegű, ismeretlen anyagnak, mely megmagyarázza a sebességeloszlás alapján kiszámított tömeget. Majd 1970-ben Vera Rubin amerikai asztronómus előbb az Androméda-galaxis, majd más csillagvárosok vizsgálata során figyelt fel két meglepő tényre. A galaxisok külső részén keringő csillagoknak elméletileg lassabban kellene keringeniük a csillagvárosok középpontja körül, mint a belső régiókban lévőknek, ám az előbbiek ugyanolyan gyorsan mozognak, mint az utóbbiak, ráadásul túl gyorsan, jó részük esetében a többi csillag gravitációs ereje nem lenne elég ahhoz, hogy a galaxisban tartsa azokat, így kirepülnének a galaxisközi térbe. Valami azonban mégis akkora gravitációs erőt fejt ki rájuk, hogy pályájukon tartja az égitesteket. Ez a valami pedig a sötét anyag. Később más vizsgálatok is megerősítették a létezését. A galaxishalmazok központi részén található törpegalaxisok a nagyobb csillagvárosok árapályerői miatt széttépődnének, ha nem tartaná össze azokat egy láthatatlan anyag óriási tömegvonzása, s a kozmikus háttérsugárzásra kifejtett gravitációs lencsehatás is a sötét anyag meglétére utal, mely erős gravitációs térgörbületet hoz létre, és eltéríti maga körül a háttérsugárzást. De miből állhat a sötét anyag? Ismeretlen elemi részecskékből.

A sötét energia meglétének az igazolásához pedig meg kell ismerkednünk a táguló világegyetem fogalmával. Edwin Hubble amerikai csillagász 1929-ben a távoli galaxisokat tanulmányozva észrevette, hogy színképvonalaik a vörös felé tolódnak el, s minél messzebb van egy galaxis, annál erősebb a vöröseltolódása. Mivel pedig a színképvonalaknak a vörös felé való eltolódása a csillagvárosok tőlünk való távolodását jelzi, rájött, hogy az univerzum tágul. Később pedig észrevették, hogy a világegyetem gyorsulva tágul, amit egy ismeretlen erő okoz. Ezt nevezték el sötét energiának, mely antigravitációs hatást fejt ki az egymástól amúgy is távolodó galaxisokra, gyorsítja távolodásukat. Az 1990-es években Paál György magyar csillagász és munkatársai az optikai és rádiókvazárok (aktív galaxismagok) vöröseltolódását is megfigyelve szintén kimutatták ennek az ismeretlen energiának a meglétét. Az évtized végén pedig az Ia típusú szupernóvák vizsgálata is megerősítette a létezését. Egy messzi égitest Földtől való távolságának a meghatározásához nagy segítséget nyújtanak az említett szupernóvák, melyek úgy keletkeznek, hogy szoros kettős vagy többes csillagrendszerben egy öreg fehér törpecsillag addig szívja maga felé vörös óriás társcsillaga anyagát, míg az elszívott anyag súlya alatt összeroppan, beindul a szénfúzió, mely szétszakítja a fehér törpét, ami szupernóvaként robban fel. S mivel e robbanások abszolút fényessége ismert (már korábban kiszámították), így meg lehet határozni távolságukat. Ha pedig távolodásuk sebességét felrajzoljuk a távolságuk függvényében, akkor ki lehet számítani, miként változik a világegyetem tágulása, s ezek a mérések is igazolják, hogy az univerzum gyorsulva tágul, vagyis léteznie kell az antigravitációs hatást kifejtő sötét energiának. De honnan származhat ez a rejtélyes erő? Kewin Croker amerikai csillagász, a Hawaii Egyetem kutatója kidolgozta a kozmikus kapcsolódás elméletét, melyet a fekete lyukak tömegváltozásaira alapozott. A hipotézis szerint a fekete lyukakban a világegyetem tágulásával vákuumenergia jön létre, ami a sötét energia egyik változata, tehát a fekete lyukak a sötét energia forrásai. A közelmúltban aztán a Hawaii Egyetem vezetésével dolgozó nemzetközi kutatócsapat különböző távolságokra lévő elliptikus galaxisok középpontjában lévő szupermasszív fekete lyukakat tanulmányozott, és kimutatta, hogy a távolabbi, öregebb csillagvárosok szupermasszív fekete lyukai sokkal kisebbek, mint a közelebbi, fiatalabb galaxisokéi, a 9 milliárd évesek hétszer vagy akár hússzor is kisebbek, mint a fiatalabbak. Ez a tömegváltozás pedig a sötét energia kisugárzására utalhat. Az elmélet további megerősítésre szorul. Végezetül viszont megjegyezhetjük, hogy a legújabb mérések szerint a sötét energia gyengül, így az univerzum tágulása nem tart örökké, hanem a gravitáció végül egyetlen szupersűrű pontba tömöríti össze. Addig viszont bőven van idő a rejtélyes sötét anyag és sötét energia mibenlétének a kiderítésére.

Lajos Mihály