Tovább tartott a sötétség korsza

Az Európai Űrügynökség (ESA) Planck-műholdja 2009 óta vizsgálja a Világegyetem egészét betöltő kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) jellemzőit a teljes égbolton. A sugárzás polarizációjáról most nyilvánosságra hozott új, minden korábbinál finomabb felbontású térképe alapján megállapítható, hogy a sötétség korszaka mintegy 100 millió évvel tovább tartott, illetve az első csillagok 100 millió évvel később születtek, mint eddig feltételezték. Ez a látszólag szerény korrekció egyúttal egy korábban súlyosnak tűnő rejtélyt is megold.

Mai tudásunk szerint a Világegyetem története 13,8 milliárd évvel ezelőtt a Nagy Bumm-mal (Ősrobbanással) vette kezdetét. Korai forró és sűrű időszakáról való ismereteink legfőbb forrása a 380 ezer évvel a Nagy Bumm után létrejött mikrohullámú maradványsugárzás, a CMB, amely a Világegyetem azóta bekövetkezett tágulásának köszönhetően ma kitölti a teljes Univerzumot. A sugárzás hőmérséklet-eloszlásában ma kimutatható parányi hőmérséklet-ingadozások a sugárzás keletkezésekor meglévő sűrűségfluktuációknak feleltethetők meg, amelyekből a későbbiek során a csillagok, galaxisok és galaxishalmazok születtek.

A CMB polarizációjának eloszlása — amelyet a Planck megfigyeléseiből mostanra sikerült a teljes égboltra kiterjedően feltérképezni — további információkat tartalmaz a Világegyetem korai szakaszáról.

Néhány másodperccel a Nagy Bumm után a Világegyetemet sűrű, forró plazma (főként elektronok és protonok), továbbá fény (fotonok) és neutrínók töltötték ki. A nagy sűrűség miatt az elektronok és fotonok ütközései annyira gyakoriak voltak, hogy a fotonok képtelenek voltak valamilyen irányban szabadon haladni, ahhoz hasonlóan, ahogy egy világítótorony fénycsóvája sem tud sűrű ködön áthatolni.

A Világegyetem története: a felső sorban a Világegyetem nagyléptékű szerkezetének fejlődése,

az alsó sor betétképein a megfelelő időszakban végbemenő mikroszkopikus folyamatok

10^-32 sec	Felfúvódás, a Világegyetem hirtelen kitágulása	A jövő szerkezetének csirái
1 sec	Fény és anyag keletkezése	Gyakori ütközések anyag és fény között
100 sec	Fény és anyag kölcsönhatása	Ritkább ütközések
380.000 év	Fény és anyag szétválása	A fény lecsatolódása az anyagról
300-500 millió év	Sötétség korszaka	A sötét korszak
évmilliárdok	Első csillagok	Az első csillagok
13,8 millió év	Galaxisok kialakulása	A fény újra kölcsönhat az anyaggal
	Mai Világegyetem

A Világegyetem tágulásával azonban a helyzet enyhült, a „kozmikus köd" oszlani kezdett és az ütközések ritkábbá váltak. Ennek két fontos következménye volt: az elektronok és a protonok semleges atomokká állhatták össze, a fotonok pedig szabadon terjedhettek. Ezt látjuk ma a CMB-ben.

A korábbi ütközések azonban nyomot hagytak a fotonok polarizációjában: erről a CMB polarizáció-eloszlásában ma megfigyelhető apró hordoznak olyan információt, amelyből a Világegyetem fő paraméterei (kora, tágulásának üteme, anyagi összetétele) a korábbi számításoktól független eljárással szintén meghatározhatók. Az ennek alapján most elvégzett elemzések megerősítik mindazokat az értékeket, amelyeket korábban a CMB hőmérsékleteloszlásának fluktuációiból kaptak, ezen túlmenően azonban még egy további kérdésre is választ adnak: mikor ért véget a Világegyetem „sötét korszaka", illetve mikor gyulladtak ki az első csillagok?

A kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) új, teljes égboltra vonatkozó térképe a Planck-műhold megfigyelései alapján.

A színek a hőmérsékletingadozásokat, a vonalas mintázat a polarizáció irányultságát jelzi.

Korábbi becslések szerint ez mintegy 450 millió évvel a Nagy Bumm után következett be. A mostani új elemzésből azonban ennél 100 millió évvel több, azaz 550 millió év adódik. Bár ez a Világegyetem teljes életkorához (13,8 milliárd évhez) viszonyítva látszólag csekély különbség, jelentősége azonban messze nagyobb ennél, ugyanis segít feloldani egy korábbi ellentmondást.

Az első csillagok fénye a gázfelhők semleges atomjaival ütközve egyre több atomot ionizált, azaz tépett szét újra protonokra és elektronokra: ezzel kezdetét vette a reionizáció időszaka, amelyről a távoli galaxisok és kvazárok megfigyeléséből eddig azt tudtuk, hogy a Nagy Bumm után 900 millió évvel ért véget. De hogy pontosan mikor kezdődött, az csak a CMB polarizációjának elemzéséből állapítható meg, amelyen a reionizáció megindulása (azaz a szabad elektronok újbóli megjelenése és a velük való ütközések) ugyanúgy nyomot hagyott, mint korábban a fotonok szabaddá válása előtti utolsó ütközések.

A Planck korábbi, még pontatlanabb adataiból úgy becsülték, hogy a reionizáció nagyjából 450 millió évvel a Nagy Bumm után kezdődött. Ennek azonban ellentmondtak a Hubble-űrtávcső mélyégbolt-felmérései, amelyek alapján megbecsülhető volt a Világegyetemben legkorábban létrejött galaxisok száma, amelyek 300-400 millió évvel a Nagy Bumm után kezdtek formálódni. Ezeknek a teljesítménye azonban messze nem lehetett elegendő ahhoz, hogy mindössze 450 millió év alatt véget vessenek a sötétség korszakának, ezért a reionizáció folyamatának magyarázatához a csillagok mellett egyéb, egzotikusabb energiaforrások feltételezésére is szükség lett volna.

Ezt a problémát jelentős mértékben mérsékli a Planck új polarizációs térképének elemzése, amely szerint a reionizáció 100 millió évvel később indult meg, ám nagyobb ütemben, így ennek magyarázatához már elegendő a legősibb csillagok és galaxisok tevékenysége.

Más szempontból is jó hír, hogy a sötétség korszaka 100 millió évvel később ért véget, mert ez egyúttal azt is jelenti, hogy az első csillagok és galaxisok időben ennyivel közelebb kerültek hozzánk, s így fényük nagy valószínűséggel már az űrtávcsövek következő nemzedékével — elsőként a 2018-ban üzembe álló James Webb-űrtávcsővel — láthatóvá válhat.

Forrás: www.esa.ínt /Our_Activities/Space_Science/ Planck/Planck_reveals_first_stars_werB_bom_late