A sötét anyag létezését számos módon igazolták az elmúlt évtizedekben a szakértők. Ez a rejtélyes matéria tömegét tekintve ötszörös mennyiségben van jelen a „normál” anyaghoz képest, amelyből mi magunk, és minden körülöttünk lévő látható dolog áll. A sötét anyag jelenlétéről gravitációja tanúskodik, így bár a mai napig nem tudjuk, hogy miből áll, az világosnak tűnik, hogy alapvető összetevője a galaxisoknak és galaxishalmazoknak, és döntően befolyásolja ezek forgását.
Túl messze
Hatásait a gravitációs lencsézés által is látják a szakértők. A tömeg gravitációval bír, és meghajlítja maga körül a teret, így ha egy nagy tömegű objektum, például egy galaxis mögé nézünk, mondjuk egy még távolabbi, háttérben levő galaxisra, az előtérben levő rendszer torzíthatja a háttérbeli galaxis képét. A távolabbi galaxis elmosódottnak, torznak tűnhet, de az is elképzelhető, hogy egyszerre több képe is megjelenik a közelebbi galaxis körül. Az előtérben levő galaxis lencseként viselkedve módosítja a háttérbeli rendszer fényét, innen ered a gravitációs lencsézés jelenségének neve.
A lencséző galaxis fényéből normál anyagának mennyisége mérhető, a háttérbeli objektumok torzításának mértékéből pedig megbecsülhető a teljes tömege, és ebből hogy mennyi sötét anyagot tartalmaz. Ez a megoldás az elmúlt években kiválóan bevált a sötét anyag galaktikus jelenlétének nyomon követésére.
Van azonban egy probléma. A Földtől bizonyos távolságra az egyes galaxisok túlságosan halvánnyá válnak ahhoz, hogy lássuk őket, így elfogynak a háttérbeli galaxisok, amelyeket felhasználhatunk a sötét anyag mennyiségének meghatározására. Ez azért gond, mert minél messzebbre látunk, annál távolabbra tekintünk vissza az időben is, mivel a fény sebessége véges, vagyis a távolság komolyan akadályozza a szakértők az univerzum fiatal korának megismerésében.
Ez pedig a sötét anyag szempontjából különösen fontos lenne: a kutatók nagyon kíváncsiak rá, milyen volt a legkorábbi időszakokban a sötét anyag eloszlása,
az elmélet ugyanis az, hogy a sötét anyag nem sokkal az ősrobbanás után elkezdett csomókba gyűlni, és ez vezérelte a normál anyag csomósodását, és az első galaxisok megszületését is.
Vagyis a sötét anyag viselkedése alapján a galaxisok formálódásáról is többet tudhatunk meg. Ráadásul az is időbe telt, amíg a galaxisok galaxishalmazokat formáltak, amelyek az univerzum legnagyobb struktúrái. Ezen hatalmas struktúrákból a világegyetem formai és méretbeli tulajdonságaira is következtetni lehet.
Lencsézés másként
De hogyan lehetséges ezt megtenni, ha nem tudjuk a legtávolabbi galaxisokat tanulmányozni? Egy csillagászcsoport kidolgozott egy módszert a megoldásra: nem a lencsézett galaxisokat használják a sötét anyag mennyiségének meghatározására, hanem az ősrobbanás utáni háttérsugárzást.
Az univerzum születésekor nagyon forró volt, majd ahogy tágult, hűlni kezdett. Idővel elég ritkává és naggyá vált ahhoz, hogy a fény számára átlátszó legyen. Ez az állapot néhány százezer évvel az ősrobbanás után következett be, és a kozmosz tágulása azóta a mikrohullámú tartományba tolta ezt az eredetileg látható derengést, amelyet így kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásként ismerünk. A derengés nagyon egyenletes, bárhová is nézünk az égbolton, de a távoli galaxisok gravitációs lencsézése torzíthatja ezt az egyenletességet, csomókat generálva benne.
A csillagászok az Európai Űrügynökség Planck űrtávcsövének adatait használták a háttérsugárzás nagy pontosságú mérésére, az így kapott térképet összevetve a Subaru távcső által vizsgált rendkívül távoli galaxisok elhelyezkedésével. A Subaru jelenlegi égboltfelmérési programja során eddig az égbolt 300 négyzetfoknyi területén, több mint 1500 teleholdnyi területen térképezte fel a galaxisokat.
A kutatás során a szakértők 1 473 106 olyan galaxis lencsézését vizsgálták, amelyek távolságát megbízhatóan sikerült megállapítani.
A fénynek átlagosan 12 milliárd évbe telik mire elér hozzánk ezektől a galaxisoktól, vagyis amit látunk belőlük, az visszapillantás az univerzum 1,8 milliárd éves korába. Ez sokkal távolabbra látást jelent, mint amit bármilyen eddig felfedezett gravitációs lencsézés lehetővé tett.
A szakértők képesek voltak megállapítani a galaxisok tömegét abból, ahogy a kozmikus háttérsugárzást torzítják, és ez alapján úgy találták, hogy átlagosan 300 milliárd naptömegnyi sötét anyagból álló halóval rendelkeznek.
Ez jelentősen kisebb tömeget jelent, mint a Tejútrendszer halója, amely 700 milliárd naptömegű, aminek az lehet az oka, hogy annyira fiatal galaxisokról van szó, hogy még nem volt idejük nagyobbra nőni.
Kis csomók, nagy csomók?
A szakértők még egy érdekességet felfedeztek. A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásról egy ideje már tudni lehet, hogy nem teljesen egyenletes. Egy kicsit mindenütt más az intenzitása, ami azt sugallja, hogy az anyag eloszlása már az univerzum egészen korai időszakában sem volt egyenletes.
Valószínűleg ezekből a kezdeti csomókból alakultak ki az első csillagok és galaxisok.
A sötét anyag sztenderd modellje eleve számol bizonyos mértékű csomósodással, de ami izgalmas, hogy az új adatok az elmélethez képest kicsit kisebb értéket mutatnak. Vagyis a várt és a mért csomósodás hasonló, de nem egyezik meg teljes mértékben, ami azt sugallja, hogy az univerzum kialakulása kapcsán még mindig vannak olyan tényezők, amelyekről nincs tudomásunk.
Az új méréseket ugyanakkor jelentős bizonytalanság kíséri, így az sem egészen biztos, hogy mekkora a tényleges eltérés a várt és a mért számok között. A válaszok pontosításában sokat segíthet a Subaru, amely még mindig nem fejezte be a térképezést, és munkája végeztével háromszor akkor területről lesz galaktikus térképe, mint az ebben a kutatásban használt rész. Ennyivel több adatból jelentősen pontosítani lehet az eredményeket és azok bizonytalanságát is csökkenthetik. És a mikrohullámú háttérsugárzás mérése is folyamatosan egyre pontosabbá válik, így a következő években ezen a téren és előrelépések várhatók.
***
Általában az egész problémakörre jellemző, hogy nagyon új és sokat alakulhat a következő években. A mikrohullámú háttérsugárzás megbízható mérése csak néhány évtizede lehetséges és a gravitációs lencsézést is csak az utóbbi évtizedekben kezdték a galaktikus tömegek meghatározására használni. A most közzétett új módszer fontos eszköz lehet a területen végzett munkában, és izgalmas újdonságokat tárhat fel az univerzum fejlődésével kapcsolatban. Egyre pontosabb adatok és modellek várhatók, a munka azonban igazából sosem ér véget, hiszen a pontosabb eredmények nyomán mindig újabb meghatározó tényezőkre derül fény a tanulmányozott folyamatokkal kapcsolatban, amelyek megismerése aztán újabb méréseket igényel.
A mostani eredmények tehát csak egy hosszú folyamat köztes lépését jelentik, de ettől nem kevésbé jelentősek. És ami a legfontosabb, kiválóan demonstrálják a világegyetem kialakulásával kapcsolatos munka haladását.
