Valószínűleg a laikusok többsége is hallotta már legalább egyszer a megfigyeléseken alapuló természeti tényt: a Világegyetem tágul. Teszi mindezt úgy, hogy nem a határait tágítja (ahogy azt a józan ész diktálná), hanem mindenhol, folytonosan keletkezik a tér, vagyis minden mindentől távolodik. A távolodást hétköznapi életünkben, emberi távolságokon nem tudjuk megfigyelni, de galaktikus skálákon már igen. Ezt először Edwin Hubble tette meg, bizonyító erejű publikációja pedig 90 éve, 1929. január 18-án jelent meg.
A táguló Univerzum ötlete és az első publikációk nem Hubble nevéhez fűződik, azok ugyanis egy belga paptól, Georges Lemaître származnak, aki nem mellesleg (afféle másodállásban) a Leuwen-i Katolikus egyetem fizika professzoraként is dolgozott. Lemaître teoretikus úton közelítette meg és dolgozta ki a táguló Világegyetem elméletét. Eredményeiből adódott, hogy két pont egymáshoz viszonyított távolodási sebessége arányos az aktuális távolságukkal. Azonban ez az arányosság igen kis számot adott, vagyis a távolodási sebességeket legjobb esetben is csak a közepesen távoli galaxisok esetében lehetett volna kimutatni. Lemaître-nek nem állt rendelkezésére elegendő és kellően precíz mérési adat, hogy bizonyíthassa elméletét, a helyzeten pedig az sem segített, hogy munkásságát 1927-ben flamandul publikálta. Eredménye így sokáig csak egy ötlet volt a sok közül, ami ráadásul nem is jutott el minden kutatóhoz.
Georges Lemaître Albert Einstein társaságában.
Edwin Hubble ekkorra már nemzetközi szinten is elismert megfigyelő csillagász volt. 1924-es eredménye az Androméda-galaxis távolságáról pontot tett ugyanis egy régóta húzódó (és igencsak elemtáris) vita végére, miszerint a Tejútrendszer nem az egyetlen csillagváros az Univerzumban. Az ezt követő években is a galaxisok megfigyelésével foglalkozott, a Mt. Wilson obszervatórium 2,5 méteres teleszkópjával igyekezett a minél távolabbi galaxisok fizikai paramétereit meghatározni. Bár eredményei a kezdetleges elméleti háttér és a mérési pontatlanságok miatt jelentős hibahatárokkal voltak terhelve, néhány korrelációra már rövid időn belül fény derült – ezek közül a legjelentősebb, hogy minnél távolabb található egy galaxis, annál gyorsabban távolodik tőlünk. A tudományos közélet ünnepelte Hubble felfedezését; Einstein élete legnagyobb tévedéseként értékelte a statikus Világegyetemhez való görcsös ragaszkodását; Lemaître munkásságáról azonban kissé megfeledkeztek… Ő és Hubble még a felfedezést megelőzően találkoztak egy konferencián, ennek ellenére azonban nem egyértelmű, hogy Hubble értesült-e Lemaître munkásságról a táguló Világegyetemmel kapcsolatban.
Edwin a Hubble-t általában két pózban örökítették meg: pipával a szájában vagy a Mt. Wilson obszervatórium távcsöve mellett (esetleg a kettő egyszerre).
Hubble a távolodás mértékére (amit később Hubble-paraméternek nevezett el a tudomány) H0 = 500 km/s/Mpc értéket kapott. Vagyis: egy 1 Mpc-re (kb. 3,26 millió fényév) található galaxis 500 km/s-mal halad hozzánk képest, egy 2 Mpc-re található már 1000 kms/-mal és így tovább. Hogy nem minden galaxist látunk egyformán távolodni, arra is akadt egyszerű magyarázat: a gravitáció hatása (illetve az abból származó ún. pekuláris- vagy sajátsebességek) ugyanis kisebb távolságokon domináns lehet az Univerzum tágulásával szemben. A legjobb példa erre a közelben (mindössze 770.000 pc-re) található Androméda, ami 225 km/s-mal robog felénk, mivel a korábbi gravitációs kölcsönhatásokból és a Tejútrendszer vonzásából származó sebessége ennyivel múlja felül a Hubble-paraméterből számolt ellentétes irányú sebességét.
Az eredeti Hubble-diagram: a vizsgált galaxisok hozzánk viszonyított sebessége (függőleges tengely) a távolságuk függvényében. Az adatpontok nagy szórást mutatnak, a trend azonban egyértelmű.
Hubble mérései ugyan kimutatták az Univerzum egyetemes tágulását, azonban közel sem voltak hibátlanok. Az 1960-as évekre nyilvánvalóvá vált, hogy a Hubble-paraméter értéke jóval kisebb, H0 = 100 km/s/Mpc, mások szerint inkább H0 = 50 km/s/Mpc. A vita végére a WMAP űrtávcső mikrohullámú égboltfelmérése tett pontot: a Hubble-paraméter értéke nagyjából 70 km/s/Mpc. Azért csak nagyjából, mert a mért értékek azóta is pár százalékos szórást mutatnak, a WMAP utódjának számító Planck űrtávcső szerint pl. H0 = 68 km/s/Mpc – ami legalábbis bosszantó egy ilyen alapvető kozmológiai kérdésnél.
A H0 Hubble-paraméter becslésének alakulása az évek folyamán.
Ez persze csak a távolodás jelenlegi értéke, a Hubble-paraméter ugyanis sokat változott az Univerzum története során. 1999-ben két amerikai kutatócsoport egymástól függetlenül vizsgálta a fehér törpecsillagok robbanásából keletkező Ia szupernóvák távolságát, illetve galaxisaik távolodási sebességét. Mivel a szupernóvák jóval fényesebbek, mint a korábban (pl. Hubble által is) használt Cefeida változócsillagok, így a kutatók gyakorlatilag meghosszabbíthatták a Hubble-diagrammot. Minnél távolabbi objektumokat vizsgáltak, azok távolság-sebesség aránya egyre inkább eltért a jósolt egyenestől. A H0 értéke a múltban kimutathatóan alacsonyabb volt – vagyis az Univerzum gyorsulva tágul!
A Hubble-diagram (két ábrával fentebb) meghosszabbítása a szupernóva-adatok alapján. Edwin Hubble annak idején még csak a piros körben lévő galaxisokat láthatta.
Az áttörő felfedezés, amit 2011-ben Nobel-díjjal jutalmazták, teljesen átalakította az Univerzumról alkotott képünket. Az Univerzum anyagának gravitációs hatása ugyanis lassítani hivatott bármiféle tágulást, hacsak nem létezik egy olyan hatás, ami a gravitáció ellenében dolgozik. Ez lett szaknyelvben (és a médiában) csak sötét energiaként emlegetett energiaforma, amelynek azonban csak a mennyisége (energiasűrűsége) ismert; forrása, működése, megjelenési formája azonban nem. Mivel képtelenek vagyunk detektálni, ezért nem szögezhető le egyértelműen, hogy a sötét energia valóban létezik – ez csak a legjobb ötletünk. Az Univerzum gyorsuló tágulása azonban megfigyelési tény.
Az Univerzum változatos fejlődésének forgatókönyvei; amennyiben a sötét energia konstans, a tágulás örökké fog tartani. (Forrás: M. Weiss/NASA)
A témának nem csak Hubble úttörő publikációjának évfordulója ad aktualitást, hanem egy közelmúltbeli kezdeményezés is. A Nemzetközi Csillagászati Unió (IAU) tavalyi gyűlésén ugyanis hivatalosan is kezdeményezték a Hubble-törvény nevének módosítását, hogy jobban tükrözze a téma úttörőinek nevét. Az IAU tagságának szavazása révén elfogadták az indítványt (annak idején ugyanilyen úton minősítették vissza a Pluto-t), így az Univerzum tágulását immáron a Hubble-Lemaître törvény írja le.
Az IAU előterjesztése a Lemaître munkássága előtti tisztelgésről.
Ha tetszett a bejegyzés, látogass el a Csillagvizsgáló Facebook oldalára is, ahol napi rendszerességgel találhatsz csillagászati és űrkutatási híreket, látványos felvételeket és egyéb aktualitásokat – tudományról és science fiction-ről egyaránt.