Lendületesek: Kovács András

Alig van nehezebben vizsgálható jelenség az univerzumban a sötét energiánál, ami talán még a sötét anyagnál is jobban rejtőzködik kutatómódszereink elől. Mégis erre vállalkozik Kovács András, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) munkatársa, az MTA-CSFK Lendület Nagyskálás Szerkezet Kutatócsoport vezetője, aki korábban már számos globális égboltfelmérő kollaborációban részt vett, és lendületes kutatásai során használ majd chilei és a Kanári-szigeteken található obszervatóriumok által szolgáltatott, sőt űrtávcsőről származó adatokat is.

2023. június 29.

A sötét energia kutatása napjainkban rendkívül adatorientált területté vált. Nem csupán különböző kozmológiai modelleket tesztelnek a témával foglalkozó csillagászok, hanem legalább ilyen fontos az égbolt különféle technikákkal végzett feltérképezése is. Ebbe beletartozik a fényképfelvételek elemzése, illetve a spektroszkópiai mérések eredményeiből számolt távolságok és egyéb jellemzők is. E térképezési erőfeszítések párhuzamosan zajlanak a Föld felszínén, az északi és a déli féltekén, illetve a világűrben az űrtávcsövek felvételeinek segítségével.

Mi az a sötét energia?

Jól tudjuk, hogy a ma megfigyelhető galaxisok távolodnak tőlünk, vagyis kozmológiai világképünk a táguló univerzumon alapul. Ha ezt a tágulást időben visszafelé játsszuk le, akkor eljuthatunk az ősrobbanásig, miközben az univerzum egyre sűrűbbé és melegebbé válik. Viszont ha csak a ma látható anyagot adjuk hozzá a modellhez, akkor nem áll elő az univerzum mai nagyskálás szerkezete.

Először a sötét anyagot adták hozzá az elméletekhez, de úgy találták, hogy még ez a modell sem írja le megfelelően a megfigyelt univerzumot. Kellett még valami, ami ellensúlyozza a gravitáció hatását, és lehetővé teszi az univerzum megfigyelt gyorsuló tágulását. Ez a valami lett a sötét energia, amely mintegy „ellentart” a gravitációnak, és így lassítja az anyag gravitáció okozta csomósodását.

A sötét energia koncepciója nem új, hanem legalább százéves. Albert Einstein előbb beírta a mai sötét energiának nagyjából megfelelő kozmológiai állandót az univerzum modelljébe, de aztán a Hubble által felfedezett kozmikus tágulás bizonyítékai hatására elvetette, és később élete legnagyobb tévedésének nevezte. De úgy tűnik, mégsem tévedett.

A sötét energia kutatása, ha lehet, még a sötét anyag kutatásánál is nehezebb. A sötét anyagot az univerzumban lévő anyag csomósodásait alapul véve térképezik fel. A sötét energia vizsgálata azonban még ebből sem tud kiindulni, hiszen a legelfogadottabb kozmológiai modellek szerint nincsenek benne csomósodások, nincsen struktúrája. Ráadásul a sötét energia időben sem változik, vagyis térben és időben is homogén, így tehát nagyon nehéz a rendelkezésünkre álló vizsgálómódszerekkel tetten érni. Általában az univerzumban meglepően gyakori üres (void) térrészekben kutatnak utána, mert itt a sötét energia részaránya relatíve nagyobb lehet a látható és sötét anyag hiányában.

Kovács András Fotó: Fotó: Steinmann Vilmos

„Amikor a korai univerzumból érkező kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás áthalad e struktúrákon (vagyis nagyrészt sötét energián), akkor e mikrohullámok nagyon kicsit veszítenek az energiájukból, vagyis hidegebbek lesznek – magyarázza Kovács András. –

Alapvetően azt vizsgáljuk, hogy ezek a void struktúrák hol helyezkednek el, és pontosan mi történik az áthaladás közben a mikrohullámú fotonokkal.”

A lendületes kutatások során bekapcsolódnak a most induló égboltfelmérési projektek adatelemző részébe, illetve a szimulációs vizsgálatokból is ki fogják venni a részüket. A munka során például Chiléből, a déli égboltról készített felvételeket fognak elemezni, de felhasználják majd az Európai Űrügynökség Euclid űrteleszkópjának adatait is. Ha minden a tervek szerint alakul, akkor az Euclidet júliusban állítják pályára. Az Euclid spektroszkópiai módszerekkel térképezi fel a távoli galaxisokat, és egészen pontos távolságadatokat fog szolgáltatni. A vizsgálatok során elemzett adatok harmadik forrását pedig a Kanári-szigetekhez tartozó La Palmán lévő obszervatórium mérései jelentik.

Kovács András korábban is részt vett már hasonló térképezési projektekben, például a kanári-szigeteki Asztrofizikai Intézet (IAC) munkatársaként az eddigi egyik legnagyobb ilyen célú tudományos konzorciumban, a Dark Energy Survey kollaborációban. A Lendület Program támogatásának segítségével munkatársaival együtt folytatni tudja majd ezt a munkát, illetve újabb nemzetközi együttműködésekben vehetnek részt.

„Már az ELTE-n folytatott doktori kutatásaim során is bekapcsolódtam egy hasonló égbolttérképezési projektbe, amelyet a Hawaii Egyetem vezetett, és az ott dolgozó magyar professzor, Szapudi István volt a mentorom – mondja Kovács András. – Innen ered az érdeklődésem a térképezési erőfeszítések, illetve az univerzum legnagyobb struktúrái iránt. Mi ugyanis a galaxishalmaz-halmazokkal foglalkozunk, amelyeken felül a közvélekedés szerint már nincsenek fluktuációk az anyag eloszlásában.”

A CSFK kutatói tehát a lehető legnagyobb skálán vizsgálják a világegyetem struktúráját. Minthogy Kovács András már jó ideje e területen dolgozik, a közeli univerzum felépítéséről árulkodó adatokból a saját megfogalmazása szerint már „kifogyott”, tehát amit azon mérések alapján fel lehetett fedezni, azt a részvételével dolgozó konzorciumok már feltárták. Ezért most a Lendület Program segítségével az univerzum eggyel kijjebb található „hagymahéját” kezdi kutatni . Vagyis a következő évek munkája

„logikus folytatása annak az immár tízéves munkának, amely egyre több adatot használ, és az univerzum egyre messzebb lévő térségeit térképezi fel”

– mondta a kutatócsoport-vezető.

Ahogy haladnak az univerzum egyre távolabbi régiói felé, egyúttal visszafelé haladnak az időben, hiszen ily módon a világmindenség tágulási folyamatát lehet visszapörgetni, és az egyre régebben létrejött objektumokat tudják megvizsgálni. Mivel talán a Kovács András által vezetett Lendület-kutatócsoport az egyetlen a világon, amely tagjainak a korábban említett három forrásból (Chile, Kanári-szigetek, Euclid) származó adatok egyszerre állnak rendelkezésére, a kutatócsoport-vezető reméli, hogy a projekt végére össze tudják majd illeszteni a kirakós különböző mérésekből előálló darabkáit, és képet alkothatnak a nagy egészről.

Magyar vonatkozása is van az egymilliárd galaxist feltérképező Euclid űrtávcsőnek

Az indítást élőben követhetik az érdeklődők a magyar résztvevők tolmácsolásában

Ahogy azt korábbi hírekben is olvashatták, az Európai Űrügynökség (ESA) Euclid műholdja szombaton megkezdi útját a Naprendszer L2-es Lagrange-pontja felé, ahol csatlakozik többek között a Gaia űrtávcsőhöz és a James Webb űrteleszkóphoz. A küldetés célja a sötét anyag és a sötét energia természetének megértése, amihez az égbolt egyharmadáról készülnek majd kiváló minőségű térképek milliárdnyi galaxis térbeli eloszlásáról. A Euclid projekt megtervezéséhez és megvalósításához összesen több mint 1000 mérnök és kutató járult hozzá, és a 12 évig tartó felkészülésből magyar szakemberek is kivették a részüket.

Milyen sebességgel tágul az univerzum? Mi a galaxisokat körülvevő sötét anyag eredete? Hogyan kell elképzelni a világegyetemünket napjainkban gyorsítva tágító, az üres térben lakozó sötét energiát? Ezek azok a kozmológiai kérdések, amikre választ keres az ESA Euclid űrtávcsöve két, egyenként is ambiciózus, de alapvetően különálló kutatási módszer kombinálásával. Különlegessége, hogy képes nagy felbontású és kivételesen mély képeket készíteni 1 milliárd távoli galaxisról, amiből a sötét anyag minden eddiginél nagyobb 2-dimenziós térképe is rekonstruálhatóvá válik a galaxisok alakjának apró torzulásaiból. Emellett kiemelt cél még 35 millió kiválasztott galaxis távolságának pontos megmérése egy 3-dimenziós térkép megalkotásához, amiből a sötét energia esetleges időbeli változására lehet majd következtetni, új tartományban tesztelve ezáltal Einstein általános relativitáselméletét.

A Euclid kollaboráció munkájában 2017 óta vesz részt Kovács András, a Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont (CSFK) kutatója, illetve Szapudi István (University of Hawaii) is, akik ezen a nyáron az Magyar Tudományos Akadémia (MTA) Vendégkutatói programjának keretében már meglévő szimulációs módszerek pontosításán túl a legelső Euclid adatok elemzésével is foglalkoznak majd. A kaliforniai Jet Propulsion Laboratory (JPL) intézetben Euclid szimulációkon dolgozó Rácz Gáborral is együttműködve, a két magyar kozmológus a szakterületüknek számító legnagyobb galaxis-struktúrák azonosításán dolgozik majd milliárd fényéves skálákon. Ezáltal vizsgálható lesz a sötét energia kozmikus taszítóhatása a legextrémebb, több ezer galaxist számláló szuper-halmazokban és galaxisokat csak elvétve tartalmazó ún. void régiókban is, ami a 2022 decembere óta működő MTA-CSFK Lendület Nagyskálás Szerkezet kutatócsoport fő célja is egyben.

Az adatgyűjtést 6 évig tervezi fenntartani a kollaboráció, és számos izgalmas felfedezés várható nem csupán a sötét univerzum kapcsán, hanem például a galaxisok központjaiban lévő milliárd naptömegű fekete lyukak vagy a galaxisok morfológiájának évmilliárdokra visszanyúló tanulmányozásából is. Mielőtt az adatok analíziséhez hozzáláthatnának, a Euclid tagok számára persze hátravan még egy kritikus lépés: a jelenlegi hivatalos terv szerint július 1-jén, magyar idő szerint 17:11-kor bocsátják majd fel az űreszközt a floridai Cape Canaveral űrközpontból, amit élőben közvetít majd a Svábhegyi Csillagvizsgáló YouTube csatornája is. Az esemény házigazdájaként a CSFK demonstrátora, Szabó Olivér Norton beszélget majd Kovács Andrással, míg a Euclid kilövését Floridában személyesen megtekintő Szapudi István a helyszínről jelentkezik majd be, remélhetőleg még közelebb hozva az élményt minden érdeklődőhöz.