Hideg foltok a világegyetem térképén

2004-ben a csillagászok a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásban a vártnál jóval hidegebb területet fedeztek fel, melynek létezésére egészen mostanáig nem tudtak kielégítő magyarázatot adni. A Frei Zsolt egyetemi tanár vezetésével működő MTA-ELTE EIRSA Lendület Asztrofizikai Kutatócsoport új elméletét a világ egyik legrangosabb asztrofizikai folyóirata, a Monthly Notices of the Royal Astronomical Society áprilisi számában közölték.

Az univerzum kezdetben forró plazmából állt, mely áthatolhatatlan volt a fény és minden egyéb elektromágneses sugárzás számára. A plazma az Ősrobbanás után nagyjából 380 000 évvel hűlt le annyira, hogy a benne szabadon mozgó protonok és elektronok hidrogénatomokká egyesüljenek. A világűrben ettől kezdve terjed akadálytalanul a fény, és a Világegyetem gyors tágulása miatt vannak olyan távoli területek, ahonnan csak ma érkezik ide az a sugárzás, melyet még ez az ősi plazma bocsátott ki 13,7 milliárd évvel ezelőtt. A tér folyamatos tágulása miatt e sugárzás hullámhossza idő közben megnőtt, és jelenleg mikrohullámú sugárzásként ér el bennünket: ez a világűrben minden irányból érkező kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás. A mikrohullámú háttérsugárzás az Ősrobbanás egyik legfontosabb bizonyítéka, amelynek vizsgálata alapvető fontosságú az univerzum fejlődésének megértése szempontjából.

Az Ősrobbanás után a Világegyetemet kitöltő plazma nem volt teljesen homogén, előfordultak benne kisebb-nagyobb sűrűségingadozások, melyekből később az univerzum úgynevezett nagyléptékű szerkezetei, a galaxishalmazok tömörülései, illetve a közöttük lévő nagyobb üres térségek alakultak ki. E sűrűségingadozások – illetve a velük együtt kialakuló hőmérsékletingadozások – nyomot hagytak a ma megfigyelhető kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásban is. A csillagászok csak az 1990-es évek elején, műholdas megfigyelésekkel tudtak nyomára akadni ezeknek az igen enyhe, mikrokelvines nagyságrendű hőingadozásoknak, melyekből összeállt, és egyre pontosabbá vált a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás hőtérképe. A térképen azonban vannak hideg foltok, melyek közül a legjelentősebb, 2004-ben felfedezett példány 70 mikrokelvinnel tér el a háttérsugárzás átlaghőmérsékletétől, ami az átlagos hőingadozás négyszerese. A jelenség a Világegyetem keletkezését magyarázó jelenlegi fizikai modellben olyan kis valószínűséggel fordul elő, hogy mindenképpen magyarázatra szorul.

Az ELTE-n működő Lendület-kutatócsoport friss eredménye szerint az eltérést nagy valószínűséggel nem a mikrohullámú háttérsugárzás forrásának hőmérsékletingadozása, hanem egy, a forrás és Földünk között található óriási szupergalaktikus struktúra okozza egy kozmológiai jelenség, az integrált Sachs-Wolfe-effektus révén. Eszerint a hatalmas, anyagban ritka térrészeken áthaladó elektromágneses sugárzás hullámhossza nő, vagyis a sugárzás „lehűl”, a sűrűbb térrészeken áthaladva pedig csökken a hullámhossz, vagyis a sugárzás „felmelegszik”.  A hatalmas, a Naprendszertől 3 milliárd fényévre található, galaxisokban szegény területet – ún. supervoidot – egy háromdimenziós égtérképen sikerült azonosítani, melyet az ELTE vendégkutatójaként Hawaii-n dolgozó Kovács András – aki fél éve fejezte be doktori munkáját Frei Zsolt tanítványaként – a Pan-STARRS1 teleszkóp és a NASA Wide Field Survey Explorer (WISE) műholdjának látható, illetve infravörös tartományban készített felvételei alapján állított össze.

„Kutatócsoportunk két éve csatlakozott a Pan-STARRS égtérképező projekthez, melyben a világ mintegy 10 különböző intézete vesz részt. Ez az első olyan galaxis-felmérés, amely kellő mélységben lefedi az égnek azt a részét, ahol a „hideg folt” található. András kitartó munkájának eredménye, hogy mi készítettük el először az adatok alapján a felfedezést lehetővé tévő térképet” – mondta Frei Zsolt, a Fizikai Intézet professzora.  

A Kovács András, Frei Zsolt és kutatótársuk, Szapudi István, a Hawaii Egyetem munkatársa, az ELTE- n működő Lendület-kutatócsoport külső tagja által felfedezett supervoid még saját kategóriájában is szokatlanul nagynak számít – a magyar csillagászok szerint 1,8 milliárd fényéves átmérőjével ez az ember által valaha felfedezett leghatalmasabb struktúra a Világegyetemben. Frei Zsolt szerint „ez olyan, mintha ezen a feltárt területen kb. 10 ezer galaxis hiányozna, az átlagos galaxissűrűség alapján várthoz képest”. Kovács András elmondta, hogy egy ilyen hatalmas supervoid megjelenése önmagában is igen kis valószínűségű esemény, így kicsi az esély arra, hogy ugyanabban az irányban, tőle függetlenül megjelenjen egy hasonlóan valószínűtlen szélsőséges hőmérsékletingadozás a mikrohullámú háttérsugárzás forrásában. A jelenlegi mérési adatok alapján még nem jelenthető ki, hogy az észlelt anomáliáért teljes egészében a supervoid tehető felelőssé, azonban a kutatócsoport tervei közt szerepel, hogy eddigi eredményeiket a Pan-STARRS1 és a sötétenergia-felmérés (Dark Energy Survey) újabb adatai alapján tovább pontosítják.

Frei Zsolt kiemelte, hogy amikor 2014 nyarán először beszéltek a folyóiratban most megjelenő eredményről, az olyan nemzetközi visszhangot váltott ki, hogy az akkor közzétett anyagok alapján a neves New Scientist folyóirat a címlapján számolt be a felfedezésről.

Forrás: MTA