Egy magyar kutatócsoport új kozmológiai modellje szerint az univerzum gyorsuló tágulása nem igényel „rejtélyes sötét energiát”, ha a világegyetem foltokban tágul – közölte az Eötvös Loránd Tudományegyetem. A közlemény szerint az úgynevezett iEdS modell egyszerre illeszkedik a főbb kozmológiai megfigyelésekhez, és megoldást kínálhat a modern kozmológia egyik legnagyobb problémájára, az úgynevezett Hubble-feszültségre.

A modern kozmológia sikertörténete az úgynevezett Lambda-CDM modell, amely szerint a világegyetem nagy léptékben homogén, vagyis mindenütt átlagosan ugyanolyan. Ebben a képben az univerzum tágulását kezdetben az anyag fékezte, ám 5-6 milliárd éve egy titokzatos összetevő, a „sötét energia” vette át fokozatosan az irányítást, és azóta a tágulás gyorsul. A modell számos kozmikus megfigyelést – a háttérsugárzástól a galaxisok eloszlásáig – meglepően jól leír, a sötét energia természete azonban mindmáig ismeretlen: nem tudjuk, miből áll, mi a természete és miért éppen most vált meghatározóvá.

A közlemény szerint a Lambda-CDM modell egy komoly belső feszültséggel is küzd. Ez az úgynevezett Hubble-feszültség, amely abból fakad, hogy

a világegyetem tágulási ütemét, az úgynevezett Hubble-állandót különböző megfigyelések eltérő értékre becsülik.

A korai univerzum lenyomatából – például a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásból – számolt érték szisztematikusan kisebb, mint amit a közeli világegyetemben, szupernóvák segítségével mérnek. A különbség nem magyarázható egyszerű mérési hibával, és mára a kozmológia egyik legégetőbb problémájává vált. Mindez arra utalhat, hogy a világegyetemről alkotott képünkben még hiányzik egy fontos elem.

Itt a magyar megoldás?

Az ELTE asztrofizikusa, Raffai Péter által vezetett magyar kutatócsoport új tanulmánya megoldást kínálhat ezekre a problémákra. A kutatást a HUN-REN Magyar Kutatási Hálózat, valamint a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal a Tématerületi Kiválósági Programon (TKP2021-NKTA-64) keresztül támogatta.

Elméletük szerint az univerzum tágulását leíró egyenletekben megjelenik egy, a rejtélyes „sötét energiára” emlékeztető tag, ha a folyamat valójában kisebb homogén régiók tágulásának összjátékaként áll elő. A foltos univerzum kozmológiai modellje szerint ezeknek a régióknak nem kell az univerzum egészét hézagmentesen kitölteniük, elegendő, ha a térfogatának döntő részét adják.

„A homogén régiók sajátossága, hogy bennük az anyag és a térgörbület egymástól szétválva fejlődhet” – magyarázta a közleményben Raffai Péter, aki hozzátette: a kettő közötti kapcsolatot a régiók önálló tágulása teremti meg. A sűrűbb, pozitív görbületű régiók tágulása lassabb, míg a ritkább, negatív görbületű régiók térfogata gyorsabban nő. A globális tágulás szempontjából egyre inkább a ritka régiók válnak meghatározóvá, a folyamat eredményeként pedig a globális térgörbület egyre negatívabbá válik.

„Ez újszerű eredmény a teljesen homogén univerzum megszokott dinamikájához képest, ahol a globális térgörbület állandó, és nem alakulhat át pozitív vagy nulla értékből negatívvá”

– hangsúlyozta a kutató.

Kitért arra is, hogy a foltokban tágulásnak egy másik hatása is van. Egy állandó negatív térgörbületű univerzum egyenletesen tágul, amikor az anyag a hígulása miatt már elveszítette meghatározó szerepét. Ha azonban az anyag dominanciavesztése közben a térgörbület egyre negatívabbá válik, akkor a tágulás „sötét energia” nélkül gyorsul. Ez azonban átmeneti jelenség: a foltokban táguló univerzum végül szintén egy egyenletes ütemű tágulás felé tart.

„Egy ilyen világegyetemnek külön érdekessége, hogy nincs végleg áthatolhatatlan horizontja, vagyis az emberiség számára az egész világegyetem belátható, és akár be is utazható” – jegyezte meg Raffai Péter.

A magyar modell számos további kérdésre is választ ad

Az iEdS-univerzum modellje a tágulás korai, még globálisan homogén szakaszában azonos folyamatokat feltételez, mint a ma használt standard kozmológiai modell. Az új modellben ezért a kozmikus mikrohullámú sugárzás és a könnyű kémiai elemek keletkezése – és feltéve, hogy megtörtént, úgy a kozmikus infláció is – a már ismert módokon zajlik.

A modell emellett olyan további, az univerzum szerkezetével és tágulásával összefüggő jelenségeket is képes megmagyarázni, mint a kozmikus háttérsugárzás, az úgynevezett barionakusztikus oszcillációk és az Ia típusú szupernóvák megfigyelései, miközben feloldja a Hubble-feszültséget.

Az iEdS modell további erőssége, hogy benne az univerzum kora mintegy 1 százalékkal – körülbelül 130 millió évvel – kisebb a standard modellben számolt értéknél.

Ez a kor 13,67 milliárd év, ami összhangban van a tágulástörténettől független becslésekkel.

Raffai Péter szerint a foltokban homogén univerzum modellje kedvező szakmai fogadtatásban részesült, a Physical Review D folyóirat megjelenésre elfogadta az erről szóló cikket, ami azt jelenti, hogy az elmélet további alapos vizsgálatok elé néz a jövőben.