A világegyetemünk nagy része rejtve van. Bár nem láthatjuk vagy érinthetjük, a legtöbb csillagász szerint a kozmosz nagy része sötét anyagból és sötét energiából áll. De mi is ez a titokzatos, láthatatlan anyag, ami körülvesz minket? És mi a különbség a sötét energia és a sötét anyag között? Röviden, a sötét anyag lassítja a világegyetem tágulását, míg a sötét energia felgyorsítja azt.
A sötét anyag úgy működik, mint egy vonzóerő – egyfajta kozmikus cement, amely összetartja a világegyetemünket. Ez azért van, mert a sötét anyag ugyan kölcsönhatásba lép a gravitációval, de nem veri vissza, nem nyeli el és nem bocsátja ki a fényt. Eközben a sötét energia egy taszító erő – egyfajta antigravitáció -, amely az univerzum egyre gyorsuló tágulását hajtja.
A sötét energia a kettő közül a sokkal dominánsabb erő, az univerzum teljes tömegének és energiájának nagyjából 68 százalékát teszi ki. A sötét anyag 27 százalékot tesz ki. A maradék – a csekély 5 százalék – pedig az összes szokásos anyag, amit nap mint nap látunk és amivel kölcsönhatásba lépünk.
Sötét anyag
A svájci születésű csillagász, Fritz Zwicky az 1930-as években a Coma-halmazt alkotó mintegy 1000 galaxis képeit tanulmányozta – és valami furcsát vett észre a viselkedésükben. A galaxisok olyan gyorsan mozogtak, hogy egyszerűen szét kellett volna repülniük. Feltételezte, hogy valamiféle “sötét anyag” tartja őket össze.
Decádokkal később Vera Rubin és Kent Ford csillagászok hasonló jelenséget találtak, amikor az egyes galaxisok forgási sebességét tanulmányozták. Egy galaxis külső peremén lévő csillagoknak lassabban kellene keringeniük, mint a középponthoz közeli csillagoknak. Így keringenek a bolygók a Naprendszerünkben is. Ehelyett azt vették észre, hogy a galaxis peremén lévő csillagok ugyanolyan gyorsan – vagy gyorsabban – keringenek, mint a közelebbi csillagok. Rubin és Ford újabb bizonyítékot talált arra, hogy az anyag valamilyen láthatatlan formája nyilvánvalóan összetartja az univerzumot.
“Még a periférián lévő csillagok is nagy sebességgel keringenek” – magyarázta Rubin egyszer a Discovernek adott interjújában. “Rengeteg tömegnek kell lennie ahhoz, hogy a csillagok ilyen gyorsan keringenek, de mi nem látjuk. Ezt a láthatatlan tömeget sötét anyagnak nevezzük.”
A csillagászoknak ma már számos más bizonyítékuk is van arra, hogy a sötét anyag létezik. Valójában a sötét anyag létezése annyira széles körben elfogadott, hogy része a kozmológia úgynevezett standard modelljének, amely az alapja annak, ahogy a tudósok megértik az univerzum születését és fejlődését. Enélkül nem tudjuk megmagyarázni, hogyan kerültünk ide.
De ez a magasztos státusz nyomást gyakorol a kozmológusokra, hogy végleges bizonyítékot találjanak a sötét anyag létezésére és arra, hogy az univerzumról alkotott modelljük helyes. Évtizedek óta a fizikusok világszerte egyre csúcstechnológiásabb műszerekkel próbálják kimutatni a sötét anyagot. Eddig semmi jelét nem találták.
Bővebben:
Sötét energia
A csillagászok már körülbelül egy évszázada tudják, hogy a világegyetemünk tágul. A távcsöves megfigyelések azt mutatták, hogy a legtöbb galaxis távolodik egymástól, ami arra utal, hogy a galaxisok a távoli múltban közelebb voltak egymáshoz. Ennek eredményeképpen egyre több bizonyíték gyűlt össze az ősrobbanás mellett. A csillagászok azonban azt feltételezték, hogy a kozmosz összes csillagának és galaxisának együttes gravitációs vonzásának lassítania kellene a világegyetem tágulását. Talán még az is előfordulhat, hogy egy napon egy Nagy Roppanás során visszazuhan önmagába.
Ezt az elképzelést azonban az 1990-es évek végén elvetették, amikor két csillagászcsoport észrevett valamit, aminek semmi értelme nem volt. A kutatók, akik a legtávolabbi galaxisok szupernóváit tanulmányozták, felfedezték, hogy a távoli galaxisok gyorsabban távolodnak tőlünk, mint a közeli galaxisok. Az univerzum nem csak tágult – a tágulás felgyorsult.
“A saját reakcióm valahol az ámulat és a rémület között van” – mondta 1998-ban a New York Timesnak Brian Schmidt csillagász, aki a két kutatócsoport egyikét vezette. “Megdöbbenés, mert egyszerűen nem számítottam erre az eredményre, és rémület, mert tudom, hogy valószínűleg a csillagászok többsége – akik hozzám hasonlóan rendkívül szkeptikusak a váratlan dolgokkal szemben – nem fogja elhinni.”
De ahelyett, hogy megcáfolták volna, a későbbi megfigyelések csak megerősítették a sötét energia bizonyítékait. Valójában a sötét anyag néhány prominens kritikusa még mindig elfogadja a sötét energia létezését.
Bővebben: How Will the Universe End?
Na most, ez nem jelenti azt, hogy a kutatók tudják, mi a sötét energia. Távolról sem. De Albert Einstein általános relativitáselméletének köszönhetően le tudják írni a világegyetemben betöltött szerepét. Einstein nem tudott a sötét energiáról, de az egyenletei szerint új tér jöhet létre. És a relativitáselméletbe egy kozmológiai állandónak nevezett hamisító tényezőt is beépített, amelyet azért adott hozzá – és később megbánta -, hogy az univerzum ne omoljon befelé. Ez az elképzelés lehetővé teszi, hogy a tér maga is rendelkezzen energiával. A tudósok azonban még mindig nem látták ezt az erőt a Földön.
Néhány elméleti fizikus szerint a részecskéknek és erőknek egy egész sötét birodalma van odakint, ami csak arra vár, hogy felfedezzék. Bármiből is áll a sötét energia és a sötét anyag, úgy tűnik, hogy kötélhúzást játszanak az univerzumunkkal – egyszerre tartják össze és húzzák szét.