Magyar kutatók egy új kozmológiai modellel álltak elő, amely szerint az univerzum gyorsuló tágulása „sötét energia” nélkül is megmagyarázható. Az elmélet szerint a világegyetem nem teljesen homogén módon tágul, hanem különböző régiók eltérő ütemű tágulásának összjátéka hozza létre a megfigyelt jelenséget.
Az Eötvös Loránd Tudományegyetem (ELTE) közlése szerint az úgynevezett iEdS modell képes egyszerre illeszkedni a legfontosabb kozmológiai megfigyelésekhez, és megoldást kínálhat a modern kozmológia egyik legismertebb problémájára, az úgynevezett Hubble-feszültségre.
A kozmológia egyik legnagyobb rejtélye
A jelenleg széles körben elfogadott kozmológiai elmélet az úgynevezett Lambda-CDM modell, amely szerint az univerzum nagy léptékben homogén. Ebben a keretben a világegyetem tágulását kezdetben az anyag gravitációs hatása lassította, majd nagyjából 5–6 milliárd évvel ezelőtt egy titokzatos összetevő, a sötét energia kezdte gyorsítani azt gyorsítani.
A modell sok megfigyelést jól magyaráz – például a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást vagy a galaxisok eloszlását –, a sötét energia valódi természete azonban továbbra is ismeretlen.
A Lambda-CDM modell egy másik komoly problémával is küzd. Ez az úgynevezett Hubble-feszültség, amely abból adódik, hogy a világegyetem tágulási sebességét különböző megfigyelési módszerek eltérő értékre becsülik.
A korai univerzum jeleiből – például a kozmikus háttérsugárzásból számolt - Hubble-állandó rendszeresen kisebb értéket ad, mint amit a közeli világegyetemben, például az Ia típusú szupernóvák megfigyelése alapján mérnek. A különbséget nem lehet egyszerű mérési hibával magyarázni, ezért ez a kérdés a modern kozmológia egyik legfontosabb vitapontjává vált.
Magyar kutatók új magyarázata
A Raffai Péter, az ELTE asztrofizikusa által vezetett kutatócsoport új elmélete szerint a jelenség magyarázható, ha az univerzum nem teljesen egyenletesen, hanem „foltokban” tágul.
A modell szerint a világegyetem különböző régiói eltérő sűrűséggel és térgörbülettel rendelkeznek, ami különböző tágulási ütemeket eredményez.
„A homogén régiók sajátossága, hogy bennük az anyag és a térgörbület egymástól szétválva fejlődhet” – magyarázta a közleményben Raffai Péter.
A kutató szerint a sűrűbb, pozitív görbületű régiók lassabban tágulnak, míg a ritkább, negatív görbületű régiók gyorsabban növekednek. Idővel a világegyetem térfogatát egyre inkább ezek a ritkább régiók határozzák meg.
„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.
A folyamat következményeként a globális tágulás gyorsulni kezd anélkül, hogy sötét energiára lenne szükség. A modell szerint azonban ez nem örökké tartó gyorsulás, hanem átmeneti jelenség: hosszú távon az univerzum ismét egy egyenletes tágulási ütem felé halad.
A kutató arra is felhívta a figyelmet, hogy egy ilyen világegyetemnek nincs végleg áthatolhatatlan kozmikus horizontja, vagyis elméletileg a teljes univerzum megfigyelhető és akár bejárható lehet.
Az univerzum kora is pontosabban becsülhető
Az iEdS modell szerint az univerzum korai fejlődése alapvetően ugyanúgy zajlott, mint a jelenlegi standard modellben. Ez azt jelenti, hogy a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás kialakulása, a könnyű elemek keletkezése, valamint a kozmikus infláció az eddig ismert fizikai folyamatok szerint történhetett.
Az új modell emellett több fontos kozmológiai megfigyelést is képes magyarázni, például a barionakusztikus oszcillációkat vagy az Ia típusú szupernóvák viselkedését, miközben feloldja a Hubble-feszültség problémáját.
A számítások szerint az iEdS modellben az univerzum kora körülbelül 13,67 milliárd év, ami mintegy 1 százalékkal – nagyjából 130 millió évvel – kisebb, mint a standard kozmológiai modell becslése.
A kutatás a HUN-REN Magyar Kutatási Hálózat és a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal támogatásával készült a Tématerületi Kiválósági Program (TKP2021-NKTA-64) keretében.
A kutatócsoport tanulmányát a Physical Review D tudományos folyóirat elfogadta közlésre, ami azt jelenti, hogy az új elmélet a nemzetközi tudományos közösség további vizsgálatainak is alapjául szolgálhat.
