Rein Veskimäe

Méhsejt alakú világban élünk

    Jaan Einasto (1929) észt kozmológus és akadémikus az utóbbi idők egyik legismertebb tudósa. Már iskolás korában érdeklődni kezdett a csillagászat iránt, miután édesapja egy érdekes és különleges csillagászati könyvet ajándékozott neki. 14 évesen rendszeresen kezdett járni a XIX. század elején épült Tartui Csillagvizsgálóba, ahol 1813 és 1839 között a világhírű Friedrich Georg Wilhelm Struve dolgozott. A gimnázium elvégzése után a Tartui Egyetemen matematikát tanult, és a csillagászati alprogramra járt. Az egyetem befejezését követően a Tartui Obszervatóriumban állt munkába. Az elméleti matematika mindig is összefüggésben állt galaxisunk és más csillagrendszerek kérdéseivel. 1972-re elkészült a galaxis és az Androméda modellje, amely egyben a Tartui Egyetemen megvédett doktori disszertáció témája is lett.
    Einasto egyik leglényegesebb állítása szerint a galaxis részeit üres tér és láncalakba rendeződő testek alkotják. Elméletét a tallinni nemzetközi szimpóziumon 1977-ben ismertette. 1980-tól rendszeresen meghívást kapott más odszervatóriumokból is, például Los Angeles-ből, a Cambridge-i Egyetemről, a Dél-Európai Obszervatóriumból, Koppenhágából és a Potsdami Asztrofizikai Intézetből. Számára a tudományos tevékenység mindenhol a galaxisok tanulmányozásával és az univerzum szerkezetének vizsgálatával kapcsolódott össze.
    Részt vett a Tartu közelében fekvő Tõravere-i obszervatórium megalapításában, ahol jelenleg a Tartui Obszervatórium működik. Jaan Einasto a Tartui Egyetem professzoraként dolgozott, előadásait a világ több más egyetemén és tudományos fórumán is hallhatták.
    Emellett kitartóan foglalkozott méhekkel. A méhek ugyebár szorgalmukról híresek, kaptárt építenek, hogy végül fokozatosan mézzel töltsék fel. Az univerzum a mézcseppeket gyűjti össze egyetlen kaptár falaiba, széleibe és sarkaiba, köztük pedig üres tér marad. Így néz ki a XX. századi tudomány elképzelése szerint a világegyetem egyszerűsített modellje, és ennek a modellnek a tökéletesítésében a Tartui Obszervatórium tudósainak legkitűnőbbjére, Jaan Einasto akadémikusra is vár még feladat.

    A láthatatlan anyag. Bizonyára tudják, hogy egy csillagrendszert, vagyis egyetlen galaxist több millió csillag alkot. Az egyik ilyen csillag, a Nap, bolygónkkal együtt a mi galaxisunkhoz, a Tejúthoz tartozik, ahol minden csillag ugyanolyan rendszerességgel kering saját középpontja körül, mint a bolygók a Nap körül. Legközelebbi szomszédunk az Androméda-galaxis. A hasonló galaxisok galaxishalmazokat alkotnak, körülbelül úgy, ahogy a csillagok galaxisokat.
    A svájci származású amerikai tudós, Fritz Zwicky saját megfigyeléseivel alátámasztva már 1933-ban rámutatott arra, hogy a Bereniké haja elnevezésű csillagképben található galaxis össztömege nagyobb, mint tagjai tömegének összege. Egy dolog következhetett ebből: ebben a halmazban sok-sok sötét, azaz fényt ki nem bocsátó anyagnak kell lennie. A kollégák eleinte hitetlenkedve fogadták a gondolatot, azonban ahogy telt-múlt az idő, annál több adat gyűlt össze a sötét anyag létezésének igazolásához. Évtizedekkel később már számos csillagász foglalkozott ezzel a kérdéssel. 1974-ben Tartuban Jaan Einasto, Ants Kaasik és Enn Saar, néhány hónappal később pedig tőlük függetlenül James Peebles, Jeremiah Ostriker és Amos Yahil is igazolta, hogy a tömegparadoxon minden egyes óriásgalaxis esetében érvényesnek tekinthető. Kiderült, hogy a galaxisokat körülvevő láthatatlan (vagyis sötét) anyagból álló gyűrűnek nagyon nagy a kiterjedése: tízszeresen meghaladja a galaxis látható részének méreteit és tömegét. Ez a hír a csillagásszakmát az egész világon megdöbbentette. Heves vita indult, amelynek eredményeképpen negyed századdal ezelőtt Tallinnban megrendezték az első nemzetközi, sötét testről szóló konferenciát. Kezdetben ilyesféle tömegszámítást a galaxisok sebességének megállapításához megfigyelési és mérési eredmények alapján végeztek. Manapság azonban elfogadottá vált, hogy ez az árnyékban lévő tömeg magyarázatot ad az univerzum szerkezetére, amelynek segítségével új lehetőségek nyílnak a tér szerkezetének tanulmányozásra.
    Eközben Jaan Einasto kollégája, Mihkel Joeveer azt állítja, hogy a galaxisok a térben nem véletlenszerűen, hanem négyzetrácsba rendeződve helyezkednek el. Az állítás szerint a galaxisok rendre olyan szupergalaxisokká állnak össze, amelyben galaxishalmazok is találhatók, ugyanakkor viszont a szuperhalmazoktól távol lévő területek egészen üresnek tűnnek.

    A szupergalaxisok és a sejtszerű szerkezet. A kozmológia tudományágában az események annyira felgyorsultak, hogy újra össze kellett hívni a tallinni nemzetközi szimpóziumot, most már a világ makrostruktúrájának témájában. Az 1977-es szimpózium volt az egyik legnagyobb, amit Észtországban valaha rendeztek. Tizenkilenc országból több mint százhatvan, a világ szerkezetét kutató tudós gyűlt össze. A tartuiak A kaptár alakú szerkezet című előadással szerepeltek. Ebből az derült ki, hogy a galaxisok és a galaxishalmazok eloszlása a sejtekére emlékeztet, amelyben a halmazok nem véletlenszerűen, hanem a sejtek sarkaiban és oldalán helyezkednek el, a sejtek közepén lévő részek viszont kitöltetlenek. Egy ilyesfajta világmodell a tudósok többségének körében nagy lelkesedést keltett. A következő fogalmak Tallinnban születtek meg: az univerzum makrostruktúrája, az univerzum sejtszerű szerkezete. A galaxisok univerzumban való eloszlásának nagyobb stabilitásáról van szó. A csillagászok évtizedeken keresztül vitatkoztak azon, létezik-e a galaxisoknál nagyobb rendszer, a szupergalaxis. A tallinni szimpóziumot megelőzően egyesek úgy vélekedtek, hogy a mi galaxisunk, vagyis a Tejút egy nagy elliptikus rendszerhez tartozik, a lokális szupergalaxishoz, amelynek kiterjedése nagyobb, mint százmillió fényév. Bár akadtak kétkedők is, akik az elliptikus alakzatot véletlen egybeesésnek tartották, ugyanis hasonló alakzatot az univerzumban még ismeretlenek. A tartui tudósoknak azonban sikerült bizonyítaniuk, hogy szomszédságunkban ilyen lapos alakzatok máshol is léteznek. Az amerikai asztrofizikus, Maarten Schmidt, a kvazárok felfedezője például hajdan a szuperhalmazok létezését meghökkentő újságnak tartotta.
    Közben Einasto munkacsoportja az eddig ismeretlen szupergalaxisok térbeli elhelyezkedését is elkezdte tanulmányozni. Kiderült, akár több száz fényév átmérőjű kitöltetlen űr lehet közöttük. Gyakorlatilag ezt az űrt semmilyen néven nevezhető anyag nem tölti ki.

    A gazdagok gyarapodnak, a szegények elszegényednek. Az univerzum szerkezetére irányuló vizsgálódások az 1980-as és 1990-es években éppúgy, mint nálunk, Észtországban, máshol is folytatódtak. Azt az elképzelést, hogy az univerzum méhsejt alakú (más elméletek buboréknak nevezik), új bizonyíték támasztotta alá. 1981 áprilisában Tallinnban már a harmadik tudományos fórumot rendezték meg, ez alkalommal Az univerzum szerkezetének eredete címmel. A csillagászok körében az addigi feltételezések az árnyékban lévő tömeget és az univerzum kaptárszerkezetét illetően általánosan elfogadottá váltak.
    A csillagászatban előálló helyzetet a hajdani nagy földrajzi felfedezésekhez lehet hasonlítani. Akkoriban a messzi hajóutak az ember Földről alkotott elképzelését változtatták meg, és új földrészekkel, óceánokkal, tengerekkel, szigetekkel egészítették ki, most olyan időket élünk, amikor az univerzumban teszünk hasonló méretű felfedezéseket. Jelenleg óriási galaxisföldrészek létezéséről győződtünk meg, pontosan meghatározható kiterjedésükkel rákerültek az univerzum térképére. Jaan Einasto és munkacsoportja éppen ezzel kapcsolatosan tett óriási szolgálatot, hiszen vizsgálati eredményeik alapján a világon elsőként álltak elő az univerzum méhsejt alakú szerkezetének gondolatával.
    Jaan Einastónak és kollégáinak úttörő munkája két területet érintett: 1974-ben Ants Kaasikkal és Enn Saaréval közösen az árnyékban lévő tömeg létezését bizonyították. Jelenleg úgy tűnik, ez határozza meg az univerzum struktúráját. Mi is tehát a két felfedezés közös pontja?
    Az univerzumot mint egészet tekintve elmondható, hogy sűrűsége mindenhol átlagosan ugyanakkora, ha nagy arányokat veszünk. A részletesebb vizsgálódás során egy adott területen belül galaxisokat és galaxishalmazokat találunk, máshol viszont üres tereket. Minden köbcentiméter vízben például bizonyos számú molekula található. Valójában a molekulákat a köztük lévő űrtől el lehet választani. Az univerzum molekulái a galaxisok. Hogyan alakultak ki tehát ilyen struktúrák a többé-kevésbé azonos sűrűségű gázokból?
    Válaszért a tartui csillagászokhoz kell fordulnunk. Kutatásaik azt mutatják, hogy a galaxisok és a galaxishalmazok nem véletlenszerűen helyezkednek el, hanem adott irányokba és adott szintekre tendenciaszerűen koncentrálódnak, így alkotnak galaxisláncokat. Ez az álláspont, amely megfigyelési adatokra támaszkodik, egybecseng a fizikaelmélettel – egy hatalmas térben minél több anyag van, annál inkább érvényesül a tömegvonzás törvénye. Bár kezdetben egy bizonyos határon belül az anyageloszlás egyenletes, a helyzet idővel megváltozhat. Valahol még lennie kell anyagnak, ami ilyen esetben hozzáadódik a többihez. Ott viszont, ahol kevesebb anyag van, tovább ritkul. Pontosan úgy, ahogy az életben: a gazdagok egyre csak gyarapodnak, míg a szegények még inkább elszegényednek. Ezt a jelenséget hívják gravitációs instabilitásnak. Ennek köszönhetően válnak az eleinte egyenletes eloszlású anyagokból galaxisok, amelyek között kitöltetlen üresség marad. Az előbbi megközelítéssel összhangban állt az elméleti elemzés is. Később azonban kiderült, hogy amikor ez a gravitációs instabilitás fellép, az univerzumban látható anyag nem elegendő. Tehát visszakanyarodtunk a tartuiak első felfedezéséhez: a galaxisokban vagy tízszer annyi az anyag, mint az egyes galaxisokban összesen.
    Jelenleg azonban még nem tisztázódott, milyen a formájuk. Másfelől azonban az univerzum struktúráját tanulmányozva azt próbálták megérteni, milyen tulajdonságok jellemzik ezeket az üres részeket. A legnagyobb vitát eddig a neutrinó váltotta ki. Jaan Einasto állítását elfogadva azonban az is lehetséges, hogy az üres tereknek valamilyen sötét magja van, amely a galaxisok körül sűrűsödik össze. A végleges válasz még nem született meg.

    Az egész világ megismerése. Az univerzum nagy méhkaptárra emlékeztető, méhsejt alakú szerkezetében szuperhalmazok és az őket alkotó galaxisláncok tehát a sejtek sarkain és falában helyezkednek el. A közbülső tér egyelőre teljesen üresnek tűnik. Jelenleg az is ismeretes, miszerint ezek a köztes üres terek többé-kevésbé azonos nagyságúak. Ez az a felfedezés, amelyről olyan sok szó esett a világon, a méhkaptár építésének analógiája nyomán válik érthetővé. A mérhetetlen távolság ismételt említése azonban indokoltnak tűnik, ahogyan a következő példa is mutatja: a fény állítólag másodpercenként 300 000 kilométert tesz meg, egy év pedig 31 536 000 másodpercből áll. Ha összeszorozzuk ezt a két számot, a fényévet kapjuk meg kilométerben kifejezve – ez az a távolság, amit a fény egy év alatt tesz meg. Jaan Einasto szerint pedig az üres terek átmérője mintegy 400 millió fényév!
    A világon legbefolyásosabb természettudományi lapban, a Nature-ben jelentek meg friss hírként a néhány évtized alatt összegyűlt kutatási eredmények, s így szélesebb közönség számára is ismertté váltak. Az 1997 januárjában megjelenő cikkben a Jaan Einasto által vezetett kutatócsoport az univerzum szerkezetére vonatkozó radikálisan újszerű álláspontját ismertette. A cikket író szerzők között négy észtet találunk: Jaan Einasto, Maret Einasto, a lánya, Erik Tago és a korán elhalálozott fiatal tudós, Veikko Saar, a Tartui Obszervatórium jelenlegi osztályvezetőjének, Enn Saarnak a fia.
    A cikk megjelenése után Jaan Einasto hozzátette, hogy az univerzumot hatalmas, üres szobákból álló épülethez lehet hasonlítani, melyeknek falai ki vannak töltve; ez a tény már 20 évvel ezelőtt is ismert volt. Most arra a következtetésre jutottak, hogy a sejtek nemcsak szobákat, de nagyjából azonos méretű szobákból álló egész emeleteket alkotnak. Ezzel azt cáfolták meg, miszerint az eloszlás véletlenszerű. A Nature-ben megjelent cikk újdonsága abban rejlik, hogy a szuperhalmazokból álló univerzumban a szabályos láncok lehetővé teszik a rendszerszerűség igazolását. Ahhoz, hogy egyik rendszer se a véletlenszerűségen alapuljon, olyan tényező létezése szükséges (a méhkaptár megalkotásakor maga a méh a mesterember), amely szépen sorba állítja ezeket a sejteket. Az effajta álláspont viszont azt követeli meg, hogy újragondoljuk az univerzum születéséről és az ősrobbanást követő fejlődésről alkotott eddig ismert és elfogadott nézeteket.
    Jaan Einasto azt írta, ennek a rendszernek a megértését az nehezíti, hogy a sejtek hatalmas méretűek, és az univerzum élete folyamán még a fénynek sincsen elegendő ideje a sejtek falai közötti információcserére. A korai szakaszban, amikor még nagyon kompakt rendszerről volt szó, ebben a gázhalmazállapotú univerzumban szükség lehetett valamiféle szélre, amely az ismétlődő hullámokat létrehozta. Ekkor mindenféle hanghullámok kezdtek terjedni, amelyek adott hullámhosszúságú hangjai különösen erősek lehettek, csakúgy, mint egy adott hosszúságú orgonasíp esetében.
    Az univerzum korai szakaszában e sípok által létrehozott hullámoknak – hogy egy képpel éljünk – szuperhalmazokká kellett merevedniük. Hogy az adott hullámhosszon ki vagy mi szólaltatta meg a mai világot alkotó orgonasípokat, ma még nem ismeretes. Az észt kozmológusok azonban ennek további tanulmányozását szívügyüknek tekintik.

Nagy Gabriella Ágnes fordítása