Az új kutatás szerint a világegyetem mintegy kétharmadát (66,2%) sötét energia, a fennmaradó harmadát (33,8%) pedig anyag alkotja. Majdnem az összes anyag úgynevezett „sötét anyag”, ami azt jelenti, hogy valójában nem látjuk – csak azért tudjuk, hogy ott van, mert ki lehet mutatni a gravitációs hatását. A normál anyag, amelyet képeset vagyunk megérinteni és látni, az univerzum kevesebb mint 5%-át teszi ki. A Pantheon+ nevű új elemzés az The Astrophysical Journal című folyóiratban jelent meg.

Az új eredmények többek közt hatással vannak az asztrofizikusok Hubble-állandóra vonatkozó méréseire is, amely az univerzum tágulásának sebességét írja le. Ez a szám régóta rejtélyt jelent a szakértők számára, mivel nagysága jelentősen változik attól függően, hogy lokálisan vagy kozmikus léptékben mérik.

„Minden eddiginél pontosabban kapcsoltuk össze a sötét energiát a kozmológiai állandó vezető elméletével, ami arra utal, hogy a világegyetem úgy viselkedik, ahogyan az a legegyszerűbben megmagyarázható” – mondta el Dillon Brout harvardi asztrofizikus, a tanulmány vezető szerzője. „Ez elméletileg nagyszerű hír, azonban adathalmazunkban vannak olyan elemek, amelyek a Hubble-állandó kapcsán felmerülő ellentmondásokat is új szintre emelik” – folytatta a szakértő.

Az anyag az univerzumban lévő összes anyag, a sötét anyag pedig az univerzumban lévő hiányzó anyagmennyiség, amelyet közvetlenül nem tudunk megfigyelni, de gravitációs hatásai kimutathatók. A sötét anyag felépítésével kapcsolatban többféle teória létezik, többek közt az axionok, a WIMP-ek és más szubatomi részecskék a lehetséges építőkövei. A sötét energia (amelyet hasonlóan neveztek el, mint a sötét anyagot, mert erről sem tudjuk, hogy mi alkotja) az, ami az univerzum gyorsuló tágulását hajtja.

A Pantheon+ keretében a szakértők a csillagok életének végén bekövetkező heves robbanások, az úgynevezett Ia típusú szupernóvák segítségével vizsgálták a világegyetem tágulásának ütemét. A kutatók ezen szupernóvák látszólagos fényessége és vöröseltolódása alapján következtetnek arra, hogy milyen gyorsan tágult az univerzum létezésének különböző időszakaiban.

A Pantheon+ a korábbi Pantheon nevű projektre épül, amely során mintegy 1000 szupernóvát elemeztek. Az új kutatás kétszer olyan pontos eredményt ad, mint az eredeti Pantheon-adatok. A kutatók a Pantheon+ eredményeit az univerzum szerkezetéről és legkorábbi fényéről tanúskodó kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásra vonatkozó mérésekkel is kombinálták.

Az Ia típusú szupernóvák a világegyetem legnagyobb fényességű jelenségei közé tartoznak, és olykor egész galaxisokat is képesek túlragyogni. Egyes robbanások nagyon távol (és régen) történtek, ami azt jelenti, hogy vöröseltolódásuk is nagyobb. Ahogy a világegyetem tágul, nyújtja a benne terjedő fény hullámhosszát, így mire a fény eléri a Földet, vörösebbnek tűnik (hosszabb hullámhosszú lesz), mint kibocsátása idején volt.

A kutatócsoport a Pantheon+ adatait a SH0ES adataival kombinálta. Utóbbi egy olyan együttműködés, amely szupernóva-adatokat használ a helyi Hubble-állandó kiszámításához, vagyis ahhoz, hogy milyen gyorsan látszik tágulni az univerzum. Az együttes adatok alapján az állandó értéke 73,4 km/másodperc/megaparszeknek adódik. Ez még mindig nem egyezik a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás alapján számolt a Hubble-állandóval, amire Brout is utalt a felmerülő ellentmondások kapcsán. Sőt, az új eredmény 5 szigmás megbízhatósága megerősíti az eltérést. Mindez azt jelenti, hogy jelenleg mindössze egy a millióhoz az esélye annak, hogy a Hubble-állandó méréseinek régóta fennálló eltérése csupán a véletlen műve.

A Pantheon+ adatai a Brout által „későinek” nevezett időszakra vonatkoznak, ami azt jelenti, hogy az elemzésbe bevont szupernóvák körülbelül 10 milliárd évvel ezelőttől napjainkig robbantak fel. Néhány jelenlegi elmélet szerint a két Hubble-érték közötti szakadék áthidalásához a világegyetem legrégebbi időszakának fizikáját kellene vizsgálni. Ehhez olyan fényforrásokat kell tanulmányozni, amelyeket például James Webb űrtávcsővel lehet látni.

Brout maga is úgy látja, hogy a Webb és más rendszerek révén a következő években annyira sok szupernóva válhat tanulmányozhatóvá, hogy azok mellett a jelenlegi Pantheon+-minta eltörpül majd. Ezek közül a legfontosabbak a Vera Rubin LSST kamera, amely 2023 elejére készülhet el, és a Nancy Grace Roman űrteleszkóp, amely várhatóan a 2020-as évek közepén indul útjára. A Hubble-állandó méréséhez ugyanakkor az is nagy segítség lenne, ha egy közeli szupernóva robbanását tudnák rögzíteni, ez ugyanis sok rejtélyre választ adhatna például azzal kapcsolatban, hogy torzítja a szupernóvákat körülölelő por a mérések pontosságát.