Minden, amit az univerzum alakjáról tudni vélünk, tévedhet. Egy új tanulmány szerint ahelyett, hogy lapos lenne, mint egy lepedő, az univerzumunk görbe lehet, mint egy hatalmas, felfújt léggömb.
Ez a Nature Astronomy folyóiratban ma (november 4-én) megjelent új tanulmány eredménye, amely a kozmikus mikrohullámú háttér (CMB), az ősrobbanás halvány visszhangjának adatait vizsgálja. De nem mindenkit győzött meg; a 2018-ban közzétett adatokon alapuló új megállapítások ellentmondanak mind az évek óta fennálló hagyományos bölcsességnek, mind egy másik, ugyanezen CMB-adatsoron alapuló, nemrégiben készült tanulmánynak.
Kapcsolódó: Az ősrobbanástól a jelenig: Snapshots of Our Universe Through Time
Az új tanulmány szerint ha az univerzum görbült, akkor finoman görbül. Ez a lassú görbülés nem fontos az életünk, a naprendszerünk vagy akár a galaxisunk körüli mozgás szempontjából. De ha mindezeken túl utazunk, a galaktikus szomszédságunkon kívülre, messze a mély feketeségbe, akkor végül – egyenes vonalban haladva – hurokba kerülünk, és visszakerülünk oda, ahonnan elindultunk. A kozmológusok ezt az elképzelést “zárt univerzumnak” nevezik. Már egy ideje létezik, de nem illik bele a világegyetem működéséről szóló eddigi elméletekbe. Ezért nagyrészt elvetették a “lapos univerzum” javára, amely határok nélkül terjed minden irányba, és nem kerül önmagába. Most a szerzők szerint a CMB eddigi legjobb méréséből származó adatok anomáliája szilárd (de nem teljesen meggyőző) bizonyítékot nyújt arra, hogy a világegyetem mégiscsak zárt: Eleonora Di Valentino, a Manchesteri Egyetem kozmológusa, Alessandro Melchiorri, a Római Sapienza Egyetem kozmológusa és Joseph Silk, a Johns Hopkins Egyetem kozmológusa.
A zárt és nyitott univerzum közötti különbség kicsit olyan, mint a különbség egy kifeszített lapos lepedő és egy felfújt léggömb között, mondta Melchiorri a Live Science-nek. Mindkét esetben az egész tágul. Amikor a lap kitágul, minden pont egyenes vonalban távolodik minden más ponttól. Amikor a léggömb felfújódik, a felszínén minden pont távolabb kerül minden más ponttól, de a léggömb görbülete bonyolultabbá teszi ennek a mozgásnak a geometriáját.
“Ez például azt jelenti, hogy ha van két foton, és párhuzamosan haladnak egy zárt univerzumban, akkor találkozni fognak” – mondta Melchiorri.
Egy nyitott, lapos univerzumban a fotonok zavartalanul haladnának a párhuzamos pályájukon anélkül, hogy valaha is kölcsönhatásba lépnének.
A világegyetem inflációjának hagyományos modellje, mondta Melchiorri, azt sugallja, hogy az univerzumnak laposnak kellene lennie. Tekerjük vissza a tér tágulását egészen a kezdetekig, az ősrobbanás utáni első 0,00000000000000000000000000001 másodpercig, e modell szerint, és egy hihetetlen, exponenciális tágulás pillanatát fogjuk látni, ahogy a tér kinőtt abból a végtelenül kicsi pontból, ahonnan indult. És ennek a szupergyors tágulásnak a fizikája egy lapos univerzumra utal. Ez az első ok, amiért a legtöbb szakértő szerint a világegyetem lapos – mondta. Ha az univerzum nem lapos, akkor “finomhangolni” kell ennek az ősmechanizmusnak a fizikáját, hogy minden összeálljon – és közben számtalan más számítást kell újra elvégezni, mondta Melchiorri.
De ez végül is szükséges lehet, írták a szerzők az új tanulmányban.
Ez azért van, mert a CMB-ben anomália van. A CMB a legrégebbi dolog, amit az univerzumban látunk, a környezeti mikrohullámú fényből áll, amely az egész teret elárasztja, ha kizárjuk a csillagokat, galaxisokat és más interferenciákat. Ez az egyik legfontosabb adatforrás az univerzum történetéről és viselkedéséről, mivel olyan régi és annyira elterjedt a világűrben. És a legújabb adatok szerint kiderült, hogy a vártnál lényegesen nagyobb a CMB “gravitációs lencsézése” – vagyis úgy tűnik, hogy a gravitáció jobban elhajlítja a CMB mikrohullámait, mint azt a létező fizika meg tudja magyarázni.
A csoport által felhasznált adatok a Planck-kísérlet 2018-as kiadásából származnak – az Európai Űrügynökség (ESA) kísérlete a CMB minden eddiginél részletesebb feltérképezésére irányul. (Az új adatokat az Astronomy & Astrophysics című folyóirat egy hamarosan megjelenő számában teszik közzé, és már most elérhető az ESA honlapján. Di Valentino és Melchiorri is részt vett ebben az erőfeszítésben.)
Az extra lencsézés magyarázatára a Planck Collaboration most egy extra változót, amit a tudósok “A_lens”-nek neveznek, hozzáadtak a csoportnak az univerzum kialakulásának modelljéhez: “Ez olyasmi, amit kézzel tettél oda, és megpróbálod megmagyarázni, amit látsz. Nincs kapcsolata a fizikával” – mondta Melchiorri, ami azt jelenti, hogy Einstein relativitáselméletében nincs A_lens paraméter. “Amit mi találtunk, az az, hogy az A_lens-t meg lehet magyarázni egy pozitívan görbült univerzummal, ami sokkal inkább fizikai értelmezés, mint amit az általános relativitáselmélettel lehet megmagyarázni.”
Melchiorri rámutatott, hogy a csapata értelmezése nem perdöntő. A csoport számításai szerint a Planck-adatok egy zárt univerzumra utalnak, 3,5 szigma szórással (ez egy statisztikai mérőszám, ami körülbelül 99,8%-os bizonyosságot jelent, hogy az eredmény nem a véletlen műve). Ez messze elmarad attól az 5 szigmás standardtól, amit a fizikusok általában elvárnak, mielőtt egy elképzelést megerősítettnek neveznek.
De néhány kozmológus szerint még több ok van a szkepticizmusra.
Andrei Linde, a Stanford Egyetem kozmológusa a Live Science-nek elmondta, hogy a Nature Astronomy cikke nem vette figyelembe egy másik fontos tanulmányt, amelyet október 1-jén tettek közzé az arXiv adatbázisban. (Ez a cikk még nem jelent meg szakmailag lektorált folyóiratban.)
A Cambridge-i Egyetem kozmológusai, George Efstathiou és Steven Gratton, akik mindketten a Planck Collaboration munkatársai is voltak, az adatok egy szűkebb részhalmazát vizsgálták, mint a Nature Astronomy cikke. Elemzésük szintén alátámasztotta a görbülő világegyetemet, de sokkal kisebb statisztikai bizonyossággal, mint amit Di Valentino, Melchiorri és Silk találtak a Planck-adatok egy nagyobb szegmensét vizsgálva. Amikor azonban Efstathiou és Graton az adatokat két másik, a korai univerzumról létező adatsorral együtt vizsgálta, azt találták, hogy összességében a bizonyítékok egy lapos univerzum felé mutatnak.
Az Efstathiou és Gratton tanulmányáról kérdezve Melchiorri dicsérte a munka gondos feldolgozását. De azt mondta, hogy a duó elemzése a Planck-adatok túl kis szegmensére támaszkodik. És rámutatott, hogy kutatásuk a Planck-adatok egy módosított (és elméletileg javított) változatán alapul – nem pedig a nyilvános adatsoron, amelyet több mint 600 fizikus vizsgált át.
Linde rámutatott erre az újraelemzésre, mint annak jelére, hogy Efstathiou és Gratton tanulmánya jobb módszereken alapul.
Efstathiou kérte, hogy ne idézzük közvetlenül, de a Live Science-nek küldött e-mailben rámutatott, hogy ha az univerzum görbült lenne, az számos problémát vetne fel – ellentmondana ezeknek a korai univerzumból származó más adatsoroknak, és sokkal súlyosabbá tenné az univerzum megfigyelt tágulási ütemének eltéréseit. Gratton azt mondta, hogy egyetért.
Melchiorri is egyetértett azzal, hogy a zárt univerzum modell számos problémát vetne fel a fizika számára.
“Nem akarom azt mondani, hogy hiszek a zárt univerzumban” – mondta. “Én egy kicsit semlegesebb vagyok. Azt mondanám, várjuk meg az adatokat és azt, hogy mit mondanak majd az új adatok. Amiben én hiszek, az az, hogy most van egy ellentmondás, hogy óvatosnak kell lennünk, és meg kell próbálnunk megtalálni, mi okozza ezt az ellentmondást.”
- 11 lenyűgöző tény a Tejútrendszerünk galaxisáról
- A Nagy Bummtól a civilizációig: 10 elképesztő eredetű esemény
- Távolságtartó! 101 csillagászati fotó, amitől eldobod az agyad
Eredetileg a Live Science-en jelent meg.
Vélemény, hozzászólás?