Kitartóan keresik a sötét anyagot a fizikusok. Mértékadó becslések szerint a világegyetem anyagának mintegy 22%-a sötét anyag. Azért sötét, mert nem bocsát ki fényt, sem másféle, számunkra érzékelhető sugárzást. Sötétnek nevezhetjük azért is, mert egyelőre a sötétben tapogatózunk mibenlétét illetően. Ugyancsak ismeretlen jellege miatt kapta a sötét jelzőt az az energia, amely a gravitáció ellen hatva a világegyetem egyre gyorsuló tágulását okozza, ennek arányát 73%-ra teszik az össztömegben, így mindössze 5% marad a világegyetem látható, ismert összetevőire, a csillagokra.
A sorozat 1-4. részeiben bemutattuk a sötét anyag lehetséges alkotórészeit és a megismerésükre indított fizikai kísérleteket. A feltételezett WIMP (Weakly Interacting Massive Particle, gyengén kölcsönható, tömeggel rendelkező) elemi részecskéket földalatti laboratóriumokban, az eget figyelő mérőrendszerekben, hatalmas részecskegyorsítókban keresik. A sötét anyag után az 5. részben megkezdtük a sötét energia bemutatását. A 6. résszel most véget ér a sorozat, amelyben a modern fizika egyik legnagyobb problémájába igyekeztünk beavatni az olvasót.
*
Ha lassan is, de gyűlnek a megfigyelési, mérési adatok. A „SuperNova Legacy Survey” nemzetközi kutatócsoport 2003 óta a legnagyobb távcsövek és új módszerek bevetésével méri a szupernóvák távolságát. 2005-ben a „Journal of Astronomy and Astrophysics” hasábjain tették közzé 71 darab, 2–8 milliárd évvel ezelőtt felrobbant szupernóva adatait. Mérési eredményeik alapján szűkíthető a számba jöhető világegyetem modellek köre.
Az anyag sűrűsége csökken a tágulással, a sötét energia viszont nagyjából állandónak tűnik. A világegyetem modellekben szerepel egy tag, amely a nyomás és az energiasűrűség hányadosát adja meg, ez meghatározza a sötét energia sűrűségének időfüggését, időbeli változását is. Ennek értéke viszont modellfüggő, modellről-modellre változik, tehát a kísérleti tényekkel való összevetés alapján egyes modellek helyesnek, mások tévesnek bizonyulhatnak. A kutatócsoport friss mérési eredményeit is legjobban egy kozmológiai állandó beillesztésével lehet leírni. Ennek értéke eltér attól, amit Einstein annak idején fölírt. A tágulás magyarázatára kidolgozott elméletek köre máris szűkíthető az új adatok alapján, de még mindig tágak a lehetőségek a világegyetem leírására. A kutatócsoport 2008-ig folytatja az adatgyűjtést, több száz szupernóva adatait szeretnék megmérni, földolgozni. Ezek alapján a mostaninál jóval pontosabban határozhatják majd meg a kozmológiai állandó értékét.
A modern fizika szerint a vákuumban állandóan keletkeznek és megsemmisülnek részecskék, a vákuum energiát hordoz. A táguló világegyetemben egyre több lesz a térhez kötődő vákuumenergia, emiatt az energiasűrűség és a nyomás hányadosa állandó marad, tehát van értelme a kozmológiai állandónak. A vákuumenergia viszont a számítások szerint túl nagy, mintegy 100 nagyságrenddel (!) nagyobb annál, mint amennyi a sötét energia megfigyelt hatásának magyarázatához szükséges lenne. Ha csak ez az óriási vákuumenergia hatna, akkor világegyetemünk egy szempillantás alatt szétrepülne. Talán a természet valamilyen rejtett szimmetriáján alapuló ma még ismeretlen hatás kompenzálja a vákuum energiát?
A kozmológiai állandó újra bevezetése mellett ismét felmerült egy ötödik fajta kölcsönhatás létezésének lehetősége is. A fizikai szaklapokban sorra jelennek az egyik lehetőség mellett érvelő, a másik hibáira rámutató számítások. Elvileg nagyon különböző kiinduló alapokról el lehet jutni ugyanahhoz a matematikai eredményhez, a gyorsuló tágulás leírásához. A döntéshez további megfigyelési adatokra lesz szükség.
Folytatják a szupernóvák feltérképezését, mérik távoli galaxisok röntgen-sugárzását. Keresik a sötét energia hatásának jeleit a világegyetem mikrohullámú háttérsugárzásában. Az univerzum nagy struktúráinak egyenlőtlen eloszlása is ad információt.
2003-ban a NASA amerikai űrügynökség „Einsteinen túl” (Beyond Einstein) címmel új kutatási programot hirdetett meg, a szakemberek öt célt tűztek ki, a fekete lyukak, a gravitációs hullámok, a sötét anyag, az univerzum korai inflációja és a sötét energia tanulmányozását. A NASA tavaly felkérte az amerikai akadémiák közös kutatási tanácsát a programok rangsorolására. Első helyre a sötét energia vizsgálata került, ezt követi a gravitációs hullámok mérésére tervezett lézer-inteferométer űrantenna (LISA), a másik három programra egyelőre nincs pénz. Idén kezdődik meg az érdemi munka a Joint Dark Energy Mission (JDEM) program keretében. A tervezett költségek meghaladják az 1 milliárd dollárt, az űrszonda fellövése 2015-re várható.
A felfedezés óta eltelt egy évtizedben továbbra is titokzatos, valóban sötét maradt a sötét energia. A világegyetem háromnegyedét kitevő valamit nem sikerült megismerni. Mindössze néhány mondatban összefoglalható, mit tudtunk meg eddig a sötét energiáról. Nem bocsát ki fényt. A hozzá tartozó nyomás nagy negatív érték. Eloszlása közelítőleg homogén. „Mivel a sötét energia nyomása nagyságrendileg megegyezik energiája sűrűségével, ezért inkább energia, mint anyag jellegű” – írta a Fizikai Szemlében Németh Judit akadémikus.
Van tehát a világegyetemben valami, amit nem látunk és egyelőre nem is értünk. Ahogy Marx György akadémikus írta néhány éve a Fizikai Szemlében: „Az Univerzum tágulása kezdetben lassult, most pedig gyorsul! … Ezzel föladta a leckét: derítsétek ki, hogy egy újfajta anyagról van szó, ami másra csak gravitációja révén hat, vagy a vákuum jelzi létét a kozmológiai állandó révén, esetleg egy új fizika küszöbére értünk…” A fizikusok persze új fizikában reménykednek. S. Weinberg Nobel-díjas fizikus szerint „bárhogy is oldódik meg a sötét energia és a kozmológiai állandó problémája, annak valószínűleg mély hatása lesz a fizika és a csillagászat egészére.”
Ha a világegyetem valóban gyorsuló ütemben tágul, akkor néhány milliárd év múlva utódaink szeme elé egészen más éjszakai égbolt képe tárul majd. Sokkal üresebb lesz, a ma látható csillagok közül sok eltűnik a látótérből. Az új felfedezés egyik szerzőjének megfogalmazása szerint nagyon magányos lesz ez a világ.
Hozzászólások