Milyen alakú az Univerzum? Egy új tanulmány azt sugallja, hogy mindent rosszul tudunk

A Planck tudósai már évekkel ezelőtt észrevették a vártnál nagyobb lencsehatást; az anomália a teljes adatsor tavaly közzétett végső elemzésében tűnt fel a leglátványosabban. Ha az univerzum lapos, a kozmológusok azt várják, hogy a görbület mérése az adatok véletlenszerű statisztikai ingadozásai miatt a nullától körülbelül egy “standard eltérésen” belülre esik. De mind a Planck-csoport, mind az új tanulmány szerzői azt találták, hogy a CMB-adatok 3,4 standard eltérést mutatnak. Feltételezve, hogy az univerzum lapos, ez egy jelentős véletlen – körülbelül olyan, mintha egy pénzfeldobásnál 11-szer egymás után fejet kapnánk, ami az esetek kevesebb mint 1%-ában fordul elő. A Planck-csoport a mérést éppen egy ilyen véletlennek tulajdonítja, vagy valamilyen számításba nem vett hatásnak, amely elmosja a CMB-fényt, és az extra anyag hatását utánozza.

Vagy talán az univerzum tényleg zárt. Di Valentino és szerzőtársai rámutatnak, hogy a zárt modell megoldja a CMB-ben talált egyéb anomáliákat. A kutatók például az égbolt különböző régióiból érkező CMB-fény színének változásait mérve következtetnek univerzumunk kulcsfontosságú összetevőinek értékeire, például a sötét anyag és a sötét energia mennyiségére. Érdekes módon azonban eltérő válaszokat kapnak, ha az égbolt kis régióit hasonlítják össze, és ha nagy területeket. A szerzők rámutatnak, hogy ha ezeket az értékeket zárt univerzumot feltételezve újraszámítják, akkor nem különböznek.

Will Kinney, a New York-i Buffalo Egyetem kozmológusa “igazán érdekesnek” nevezte a zárt univerzum modelljének ezt a bónusz előnyét. Megjegyezte azonban, hogy a CMB-fényben látható kis és nagyméretű ingadozások közötti eltérések könnyen lehetnek maguk is statisztikai fluktuációk, vagy ugyanabból az azonosítatlan hibából eredhetnek, amely a lencsemérést is befolyásolhatja.

A kozmológia standard elmélete, a ΛCDM (nevét a görög Λ, azaz lambda betűvel ábrázolt sötét energiáról és a hideg sötét anyagról kapta) szerint mindössze hat ilyen kulcsfontosságú tulajdonság alakítja az univerzumot. A mindössze hat számmal rendelkező ΛCDM pontosan leírja a kozmosz szinte minden jellemzőjét. És a ΛCDM nem jósol görbületet; azt mondja, hogy a világegyetem lapos.

Az új tanulmány gyakorlatilag amellett érvel, hogy a ΛCDM-hez egy hetedik paramétert is hozzá kell adnunk: egy számot, amely a világegyetem görbületét írja le. A lencsemérés esetében egy hetedik szám hozzáadása javítja az adatokhoz való illeszkedést.

Más kozmológusok azonban azzal érvelnek, hogy mielőtt egy anomáliát elég komolyan vennénk ahhoz, hogy egy hetedik paramétert adjunk az elmélethez, figyelembe kell vennünk minden más dolgot, amit a ΛCDM jól csinál. Persze, koncentrálhatunk erre az egy anomáliára – egy érme, amely 11-szer egymás után fejre jön – és mondhatjuk, hogy valami nem stimmel. De a CMB olyan hatalmas adathalmaz, hogy ez olyan, mintha több száz vagy ezer alkalommal dobnánk fel egy érmét. Nem túl nehéz elképzelni, hogy eközben egy véletlenszerű 11 fejes dobással fogunk találkozni. A fizikusok ezt a “nézz máshová” effektusnak nevezik.

A kutatók továbbá megjegyzik, hogy a hetedik paraméterre a legtöbb más méréshez nincs szükség. Van egy másik módszer is, amellyel a CMB-ből a térbeli görbületet ki lehet szűrni, mégpedig az égbolt négy pontból álló halmazaiból származó fény közötti korreláció mérésével; ez a “lencse-rekonstrukciós” mérés azt jelzi, hogy a világegyetem lapos, és nincs szükség hetedik paraméterre. Ezenkívül a BOSS-felmérés független megfigyelései a barionakusztikus oszcillációnak nevezett kozmológiai jelekről szintén laposságra utalnak. A Planck a 2018-as elemzésében kombinálta a lencsemérését ezzel a két másik méréssel, és a térgörbületre vonatkozóan a nullától egy szóráson belüli összértéket kapott.

Di Valentino, Melchiorri és Silk szerint e három különböző adatsor összevonása elfedi azt a tényt, hogy a különböző adatsorok valójában nem egyeznek. “A lényeg itt nem az, hogy az univerzum zárt” – mondta Melchiorri e-mailben. “A probléma az adatok közötti ellentmondás. Ez azt jelzi, hogy jelenleg nincs egybehangzó modell, és hogy valamit kihagyunk”. Más szóval a ΛCDM téves vagy hiányos.

A cikkhez megkérdezett többi kutató szerint a bizonyítékok súlya arra utal, hogy az univerzum lapos. “A többi mérést figyelembe véve” – mondta Addison – “a Planck-adatok e viselkedésének legegyértelműbb értelmezése az, hogy ez egy statisztikai ingadozás. Talán a Planck-elemzés valamilyen apró pontatlansága okozza, vagy talán teljesen csak zajingadozásról vagy véletlenről van szó. De akárhogy is van, nincs igazán okunk komolyan venni ezt a zárt modellt.”

Ez nem jelenti azt, hogy nem hiányoznak darabok a kozmológiai képből. A ΛCDM látszólag rossz értéket jósol az univerzum jelenlegi tágulási sebességére, ami a Hubble-állandó problémája néven ismert vitát vált ki. De az univerzum zártnak tételezése nem oldja meg ezt a problémát – sőt, a görbület hozzáadása rontja a tágulási sebesség előrejelzését. A Planck anomális lencsemérésén kívül nincs okunk azt gondolni, hogy az univerzum zárt.

“Az idő majd megmutatja, de én személy szerint nem aggódom rettenetesen emiatt” – mondta Kinney, utalva a görbület feltételezésére a CMB-adatokban. “Ez olyan jellegű, mint a hasonló anomáliák, amelyek gőznek bizonyultak.”

frissítés: 2020. július 15.
A kozmikus mikrohullámú háttérről az Atacama kozmológiai teleszkóp új mérései azt találták, hogy a világegyetem lapos, sűrűsége megegyezik a kritikus sűrűséggel. “Nem találunk bizonyítékot a laposságtól való eltérésre” – írják az ACT tudósai, “ami alátámasztja azt az értelmezést, hogy ez egy statisztikai fluktuáció.”

Korrigálva 2019. november 4-én: A cikk eredeti verziója a BOSS műholdra utalt. Valójában a BOSS felmérést egy földi távcsővel végezték.”

A cikket spanyolul az Investigacionyciencia.es.

ban nyomtatták újra.