A Lambda-CDM (Lambda Hideg Sötét Anyag, ΛCDM) modell a jelenlegi tudásunk szerinti legjobb leírása annak, hogyan fejlődött és működik jelenleg az univerzum, vagyis a ΛCDM a standard kozmológiai modell, amelyet a kutatók használnak. A modell elnevezésében a lambda a kozmológiai konstanst jelenti, amelyet még Albert Einstein vezetett be az általános relativitáselméletének megalkotásakor, és amit később (mikor felfedezték, hogy az univerzum nem konstans, hanem tágul) vissza is vont, és élete hibájának nevezte. A kozmológiai konstanst azonban azóta “felélesztették”, mint a magyarázatát az univerzum gyorsuló tágulásának - a kozmológiai konstans tehát egy, a világegyetemben jelenlévő állandó energiasűrűséget képvisel, ami az anyagra ható gravitációs erők ellen dolgozik. Manapság ezt az erőt nevezik a kutatók sötét energiának.

A modell másik hozzávalója, a hideg sötét anyag (CDM) különbözik a normál anyagtól, mivel csak a gravitációs hatása alapján észlelhető, és azért hideg, mert a korai univerzumban viszonylag alacsony sebességgel “működtek” a részecskéi. A sötét anyag (annak minden típusa) az univerzum anyag-energiatartalmának körülbelül 27%-át teszi ki a számítások szerint, míg a “normál”, barionikus anyag csak 5%-ot alkot. A NASA leírása szerint az univerzum kialakulásakor a folyamat a következőképpen zajlott le:

“Végül a táguló és hűlő plazmában a fizikai körülmények elérik azt a pontot, amikor az elektronok és a barionok stabilan újra tudnak egyesülni, és atomokat alkotnak, főként semleges hidrogén formájában.

Ahogy a plazma semlegessé válik, a fotonok leválnak a barionokról, és a perturbációk többé nem terjednek akusztikus hullámokként: a meglévő sűrűségmintázat 'befagy'. A sűrűségfluktuációk ezen pillanatfelvétele megőrződik a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) anizotrópiáiban, valamint a barionikus akusztikus oszcillációk (BAO) lenyomatában, amely ma is megfigyelhető a nagyléptékű struktúrákban.”

A BAO-k tehát azok a “halovány hullámok”, amelyek a világegyetem születése utáni idők lenyomataként szolgálnak, és a kozmológiában egyfajta csillagászati mérőeszközként, skálaként lehet használni őket - mondja Matteo Viel, olasz kozmológus, a SISSA (International School for Advanced Studies) professzora.

“Ez a skála abban mutatkozik meg, hogy a galaxisok (és más asztrofizikai objektumok) enyhe előnyben részesítik, hogy körülbelül 147 millió megaparszekre (vagyis 480 millió fényévre) legyenek egymástól, ez az a távolság, amelyet a hanghullámok megtettek az ősrobbanástól a kifagyási időpontig.

A BAO-skála ebben az időben pontosan meghatározható a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás (CMB) megfigyelései alapján.” - magyarázza Viel - “Ennek a mérőeszköznek a látszólagos méretét megfigyelve a kozmikus történelem különböző időpontjaiban, a kozmológusok meg tudják mérni az univerzum tágulásának gyorsaságát az idő függvényében.”

Az Arizonában található, 2021 óta működő DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument) berendezés fő feladata éppen a barionikus akusztikus oszcillációk mérése, amelyhez elképesztő mennyiségű adatot gyűjt be: már az elmúlt három és fél év megfigyelései alatt is több százezer kvazárt és több millió galaxist detektált, és elkészítette az eddigi legnagyobb háromdimenziós térképet az univerzumról, a küldetésének pedig még nincs vége. A DESI mérései alapján rendkívüli pontossággal határozható meg a BAO-skála: kevesebb mint 1%-ra csökkent a bizonytalansága a korábbi 30-50%-hoz képest, ami “lenyűgöző, csúcsdöntő erőfeszítés az univerzum geometriájának korlátozására” Viel szerint.

A DESI mérései viszonylag jól beleillenek a standard ΛCDM modell kereteibe, viszont ez az egyetértés már nem mondható el a CMB (kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás) megfigyelések paramétereivel való összevetésről - utóbbi esetben a DESI adatok alapján felállított modell paraméterei növekvő feszültségben állnak a CMB paraméterekkel.

“Néhány évvel ezelőttig a DESI és a CMB elemzések közötti egyezés, a megadott bizonytalanságokon belül, összhangban állt egymással. Az új eredmények azonban egy lehetséges eltérést jeleznek: a két megközelítés közötti statisztikai feszültség jelenleg 2,3 szigma szinten áll.

Ez nem elég jelentős ahhoz, hogy felfedezésről lehessen beszélni, ugyanakkor rendkívül érdekes eredmény.” - írja Viel.

Ami még érdekesebbé teszi a helyzetet, az a sötét energia modellekkel való kísérletezés: a DESI adatai alapján a kutatók alkottak egy olyan modellt, amelyben a sötét energia nem konstans, hanem idővel változik, és ez sokkal jobban illeszkedett a paraméterekhez. Ezek a számítások arra utalnak, hogy a sötét energia erősebbé vált az elmúlt időkben.

“Ha ez bizonyítást nyer, az monumentális felfedezés lesz.”

- magyarázza a professzor - “Rendkívül izgalmas időszakot élünk a kozmológia tekintetében. Bár a DESI eredmények nem jelentenek azonnali perdöntő bizonyítékot, amely megdöntené a standard modellünket,

de erőteljes tanújelként szolgálnak arra, hogy a ΛCDM modell talán nem teljes.

A DESI méréseinek elképesztő pontossága igazi mérföldkő: bármilyen alternatív elméletnek a sötét energiára vonatkozóan összhangban kell lennie ezekkel a rendkívül precíz adatokkal az univerzum tágulási történelmét illetően. A DESI munkája új mércét állít fel a szakterületen.”

(Fotó: ESA és a Planck Együttműködés/Gabriela Secara/Perimeter Intézet, C. Lamman/DESI Együttműködés, justice-dodson/Unsplash)

Megtalálhatták az univerzum hiányzó láncszemét? Láthatatlan és hipotetikus, de mégis valódinak vesszük: új jelölt a sötét anyag szerepére.