1. oldal

Az űr tele van üres helyekkel. Számtalan olyan régiója létezik, amely nem tartalmaz égitesteket, galaxisokat, vagy bármiféle nagyobb mennyiségű anyagot. Az univerzum legnagyobb ilyen ismert területe az Ökörhajcsár (Boötes) csillagképben található: egy 250 millió fényév átmérőjű régióról van szó, amely szinte teljesen üres. Míg a Tejútrendszer hasonló méretű körzete galaxisok ezreit tartalmazza, ez a rész mindössze hatvan csillagrendszernek ad otthont. Az Ökörhajcsár csillagkép ide eső világaiból az égre tekintve leginkább csak teljes sötétséget látnánk.

Ha a galaxisokat városokként képzeljük el, peremvidékeik a külvárosoknak, a köztük lévő, nagyrészt üres területek pedig a vadonnak felelnek meg. Az univerzum atlaszának felvázolásához ezen üres régiókat is meg kell ismerni, hiszen sokat elárulhatnak a világegyetem „népesebb” részeinek múltjáról és jövőjéről is. Egyre több szakértő fordítja tehát figyelmét az ég ezen üresnek látszó területei felé, annak reményében, hogy általuk többet tudhatnak meg világunk természetéről.

A világegyetem anyagának 80 százalékát kitevő sötét anyag nem nyeli el a fényt, és nem is bocsátja ki azt. Jelenlétére csak gravitációs hatásai alapján következtethetünk, mivel a jelenleg leginkább elfogadott elméletek szerint a sötét anyag hiányában a galaxisok és galaxishalmazok elemeikre esnének szét. A látható anyag eloszlása tehát nagyjából hűen tükrözi a sötét anyag univerzumbeli eloszlását is. Ahol sok a csillagrendszer, ott sötét anyagból is rengeteg akad, az üresnek látszó régiókban viszont a rejtélyes anyagfajtából is kevésnek kell lennie.

„Az üres régiók hatalmas, sekély vályúk a sötét anyag eloszlási térképén” – mondja Joseph Clampitt, a Pennsylvaniai Egyetem kutatója. Ha a sötét anyag sűrűségét magasságokkal próbáljuk szemléltetni, a galaxisok magas, vékony csúcsok tetején ülnek. Ha azt mondjuk, hogy egy átlagos galaxis egy akkora felhőkarcoló tetején foglal helyet, mint az Empire State Building, akkor egy közepes méretű üres régiót egy akkora síkságként kellene elképzelnünk, amelynek mérete Manhattan területének háromszorosa, folytatja a szakértő.

Az űr üres részei talán egy másik fajta sötétségről, a sötét energiáról is elárulhatnak néhány dolgot. Az elméletek szerint ez az energia táplálja az univerzum gyorsuló tágulását, vagyis a sötét energia jelentős befolyással van a hasonló anyaghiányos területek számára és kiterjedésére. Az ilyen rések méretének és formájának felderítése révén tehát információkat tudhatunk meg az őket formáló rejtélyes erőkről is, mondja Peter Melchior, az Ohiói Állami Egyetem kozmológusa. „Megtudhatjuk például, hogy milyen erős a sötét energia hatása, hiszen ez utóbbi alapvető befolyással van az üres részek növekedésének mértékére” – magyarázza Melchior.

Az üres térrészek tehát látszólagos érdektelenségük ellenére tele vannak izgalmas lehetőségekkel. Tanulmányozásuk azonban nem egyszerű, nem utolsósorban azért, mert meglehetősen nehéz detektálni ezeket. Az Ökörhajcsárban található területet is csak 1981-ben azonosították Robert Kirshner és kollégái. A hasonló felfedezéseket nehezíti, hogy bár egy háromdimenziós világban élünk, az űrre gyakorlatilag két dimenzióban tekintünk rá, mivel a világegyetem óriási méretei jelentősen összezavarják mélységérzékelésünket.

A galaxisok közti rések észlelését mind az előttük, tehát a Föld és a rés közti, mind pedig a tőlünk nézve mögöttük elhelyezkedő csillagrendszerek megnehezíthetik. Detektálásukhoz a harmadik dimenzió pontos felderítésére van szükség, tehát az adott irányba tekintve minél több objektum precíz távolságát kell meghatározni, hogy kiderüljön, melyek azok a részek, ahol alig akadnak égitestek.

2. oldal

Az Ökörhajcsárban található régió felfedezése óta a szakértők több hasonló üres térrészt is észleltek. Ezek egyike nincs is messze a Tejútrendszertől, így találóan Lokális-résnek nevezték el. Az ilyen régiók az eddigi adatok alapján igen változatos méretűek és formájúak lehetnek, néhány felfedezése azonban nem elég az üdvösséghez. A szakértők tudni szeretnék, hogy mennyi van belőlük, mekkorák lehetnek, és milyen eloszlást mutatnak az ismert univerzumban.

Ennek kiderítése érdekében egy érdekes módszert vetnek be a kutatók, amely azon a tényen alapul, miszerint az anyag és az energia minden formája kifejt valamilyen mértékű gravitációs hatást. Ez pedig, ahogy Einstein általános relativitáselmélete megjósolta, befolyással van a fény útjára is. „A fénysugarak gravitációs hatásra történő eltérülése összességében nagyon hasonló ahhoz, mint amikor egy lencsén vagy egy prizmán halad át a fény” – mondja Clampitt.

Ha az anyag sűrű, a fénysugarakra kifejtett hatása is erősebb lesz, így a lencseként viselkedő anyagtömeg körül többszörös, torzult képekként jelennek meg a mögötte elhelyezkedő objektumok – ezt nevezik erős gravitációs lencsézésnek. Ha viszont az anyag ritka, a lencsézés is gyenge lesz, vagyis csak alig észlelhetően nagyítja fel a háttérbeli galaxisok képét. Ezen hatás kimutatásához pedig alapos vizsgálatokra van szükség.

Az eltérő lencsézés révén elviekben tehát azonosítani lehet az űr üres részeit. Bár a legtöbb rés nagyon gyenge lencsehatást fejt ki, Melchior és kollégái nemrégiben igazolták, hogy jelenlétüket lehetséges detektálni. A kutatók a Sloan Digitális Égboltfelmérési Program (SDSS) 901 ismert kozmikus rését vették alapul vizsgálatuk során, és elemezték, hogy az üres régiók tényleges lencsézése mennyiben felel meg az elméleti modellek szerint megjósoltaknak. Az eredmények megnyugtatóak: a jelek szerint az eddig azonosított résekben valóban olyan kevés az anyag és a sötét anyag, ahogy azt a szakértők feltételezték, és ezek gravitációs lencsehatása is megfelel a megjósoltnak.

Clampitt és kollégái azóta még egy lépéssel továbbmentek: az SDSS katalógusában kifejezetten olyan gyenge gravitációs lencsehatások után kutattak, amilyeneket az űr üres részeitől várna az ember. A vizsgálat során körülbelül 20 ezer potenciális résre akadtak rá, amelyek helyét a közeljövőben összevetik a galaxisok eloszlási adataival is, így rövidesen kiderülhet, hogy a jelforrások közül melyikek fednek ténylegesen üres térrészeket.

Az űr üres régióinak gravitációs lencsézéssel való felderítése alapvetően újszerű megközelítése a problémának, mondja Asantha Cooray, a Kaliforniai Egyetem kozmológusa. A már említett két tanulmány megjelenése előtt a gyenge lencsézést elsősorban csak tömegkoncentrációs mérésekre használták, folytatja a szakértő. A metódus azonban azért is kiváló erre az új célra, mert általa az adott rés mérete is megbecsülhető. És persze az sem mellékes, hogy az új eredmények alátámasztják a galaxisképződéssel kapcsolatos elméletek azon elemét, miszerint látható világunk sötét anyagból képződött csomókra és szálakra épült, amelyek közt óriási üres régiók foglalnak helyet, mondja Cooray.

Az Ökörhajcsár-rés központja űrléptékben nézve viszonylag közel van hozzánk: mindössze 700 millió fényévnyire található a Földtől. Vannak ettől sokkal távolibb, és jóval közelebb eső üres térrészek is. Egyre több olyan kutatás van, amely az univerzum ezen anyaghiányos régióinak felderítését tűzte ki céljául. Az SDSS és utódja, a Barion Oszcillációs Spektroszkópiai Felmérés (BOSS) az északi égbolt egy kis darabkáját vizsgálja, amely távol esik a Tejútrendszer legsűrűbben elfoglalt részeitől. Más hasonló vizsgálatok az ég nagyobb darabjait kutatják, illetve tervezik vizsgálni, specifikusan gyenge gravitációs lencsézés nyomai után kutatva az űrben.

Ahogy az univerzum idősödik, egyre nő a hasonló rések száma és mérete, tehát az üres térrészek kutatása által kozmosz jövőjébe is bepillantást nyerhetünk. A sötét energia és az általa hajtott tágulás eredményeként az univerzum kozmikus anyaghálója a jóslatok szerint egy napon darabokra szakad szét. A távoli jövőben tehát az anyag ezen foszlányai mennek majd ritkaságszámba, nem pedig az üres térrészek.