A Planck-űrszonda méréseit megelőzően szinte minden, a világegyetemre vonatkozó megfigyelés alapján az univerzum nagyon egységes felépítésűnek tűnt.
Persze, vannak galaxishalmazok, s vannak üres területek, de még ezek is viszonylag kicsinek mondhatóak az univerzum egészéhez viszonyítva.
Mindezek eredményeképp a kozmológusok kifejlesztették azokat a matematikai kereteket, amelyek megmagyarázták ezt a viszonylagos egységességet.
Ez maga a felfúvódás.
Az elméletet először az MIT (Massachusetts Institute of Technology, Massachusetts-i Műszaki Egyetem) részecskefizikusa, Alan Guth vetette fel 1980-ban. Ez alapján úgy tűnt, közvetlenül az ősrobbanás után hihetetlen mértékű tágulás következett be. Egy szempillantás alatt a világegyetem mérete legalább az 1060-szorosá- ra duzzadt, ami meg is magyarázza, miért olyan egységes szerkezetű maga az univerzum: a hatalmas sebesség elsimította a nagyobb eltéréseket. Ekkor a Világegyetem a fény sebességénél is sokkalta gyorsabban tágult. Az általános relativitás elmélete szerint sem anyag sem energia nem terjedhet a fénynél nagyobb sebességgel. Itt azonban nem is mozogtak gyorsan a részecskék, egyszerűen a tér robbanásszerű tágulása vitte szét őket. Ekkor, a felfúvódás során keletkezett a Világegyetem anyagának legnagyobb része. A felfúvódás elmélete értelmében az egész Világegyetem mérete sokkal nagyobb, mint amekkora részt mi láthatunk belőle.
Anyag- és energiasűrűség terén tehát csak elenyésző ingadozások maradtak – vélték a kozmológusok. Megemlítendő, hogy ezeket a NASA COBE nevű szondája 1989-ben fel is derítette. Minden 100 000 részből 1 résznyi eltérésről volt szó; e magvak lettek azok, amelyekből a galaxisok kifejlődtek.
A Planck-űrszonda részletesebben vizsgálta ezeket az ingadozásokat. Az 500 millió font értékű eszköz a megfigyelhető eget egymilliárd pixel felbontásban elemezte. Küldetése során e képpontok mindegyikét ezerszer vizsgálta át. A szonda létrehozott egy olyan mikrohullámtenger-térképet, amely az egész űrt áthatja.
Ezt az úgynevezett kozmikus mikrohullámú háttérsugárzást korábban nem lehetett ilyen részletességgel tanulmányozni. Pontosan e sugárzás apró ingadozásai azok, amelyek eredete egészen az ősrobbanásig vezethető vissza – s igy ez adja tudósok kezébe az univerzum korai életszakaszának a lenyomatát. Voltaképpen az anyag és az energia az ősrobbanást követő, a másodperc törtrészéig fennálló eloszlásáról van szó.
A Planck-űrszonda adatainak megjelenése után teljesen világos lett, hogy olyan problémák vannak a korábbi modellekkel, amelyek feloldásában az asztrofizikusoknak valahogy meg kell egyezniük. Kezdve a már említett, gyanúsan nagy hideg folttal. Az ott lévő anyag valószínűleg már az univerzum korai szakaszában is létezett, sűrűsége azonban sokkal nagyobb, mint ahogy az a felfúvódással magyarázható lenne. Ennél zavarba ejtőbb, hogy az ingadozások univerzum egyik felében sokkal erősebbek, mint a másikban, ami arra utal, hogy az anyag eloszlása a Világegyetemben nem is egyenletes. „Mindez nagyon különös – mondja dr. George Efstathiou, a Cambridge-i Egyetem asztrofizikus professzora, s egyben a Planck-kutatócsoport – Ha mindez igaz, meg kell vizsgálni, hogyan egyeztethető össze a megfigyelés mindazzal, amit a felfúvódásról gondolunk. Elég zavarba ejtő egy helyzet ez. Ám ez nem jelenti szükségszerűen, hogy a felfúvódás elmélete helytelen. „Az Ösztöneim azt súgják, ezek az anomáliák a felfúvódás egy speciális modellje felé mutatnak” – véli dr. Rose Lerner, a Helsinki Egyetem kozmológusa, aki a Planck-csoporttól függetlenül dolgozik. A New York-i Egyetemen dolgozó Matthew Kleban szerint az is elképzelhető, hogy a felfúvódás alatti hirtelen tágulás során a világegyetemünk beleütközött egy szomszédos univerzumba. Ekkor alakulhattak ki azok a kozmoszon átvonuló hullámok, amelyeket ma anomáliaként észlelünk. Ha ez így van, akkor voltaképpen afféle „kozmikus sérülésekről” van szó – ám, hogy mind- ebből mi igaz, azt nagyon nehéz lesz megfejteni.
Az Ősrobbanás után mintegy száz másodperccel
A Világegyetem hőmérséklete egymilliárd fokra csökkent, ez annyi, mint a legforróbb csillagok magjában uralkodó forróság. Ezen a hőmérsékleten az úgynevezett erős kölcsönhatás játszott fontos szerepet.
Az erős kölcsönhatás, rövid hatótávolságú vonzóerő, amelynek segítségével a protonok és a neutronok egymáshoz kapcsolódva atommagokat alkotnak. Elég magas hőmérsékleten a protonoknak és a neutronoknak elegendően nagy a mozgási energiájuk ahhoz, hogy ütközéseiket követően szabad és független részecskékként haladjanak tovább. Egymilliárd fokon azonban már nincs elég energiájuk az erős kölcsönhatás vonzóerejének legyőzéséhez, ezért egyesülni kezdenek egymással, és deutériummagokat (nehézhidrogén-atommagokat) hoznak létre, ezek az atommagok egy protont és egy neutront tartalmaznak.
Ezt követően a deutérium-atommagok újabb protonokkal és neutronokkal héliummagokká egyesülnek, amelyek két protonból és két neutronból állnak. Emellett csekély mennyiségben néhány nehezebb elem, a lítium és a berillium atommagjai is létrejönnek. Ki lehet számítani, hogy a forró-Ősrobbanás-modell szerint a protonok és neutronok körülbelül negyede egyesül héliummagokká, valamint kis mennyiségben deutériumnak és más nehezebb elemeknek is keletkezniük kell. A megmaradó neutronok protonokká bomlanak el, ami a közönséges hidrogénatom atommagja.
1 perccel az ősrobbanás után
Amikor mindössze hatvan másodperc volt a világegyetem kora, az egész úgy nézett ki, mint egy felfoghatatlanul hatalmas csillag belseje. Az összes olyan részecske, amelyből a később az univerzumot felépítő atomok keletkeztek, ebben a forró üstben született. Többségükben egyedülálló protonokról volt szó – belőlük lett a hidrogén magja. Ám a részecskék mintegy negyede hélium-atommagot alkotott, ezek két protonból és két neutronból álltak. Nyomokban már a két következő elem, a lítium és a berillium is megjelent. Mindennek a bizonyítéka ma is itt van körülöttünk: a világegyetem elemi eloszlása ugyanis ma is ezeket az állapotokat tükrözi. Tudjuk ezt a napunk és – a többi csillag által kibocsátott, mérhető sugárzásból. A világegyetem atomjainak mintegy 98 százaléka tehát megmaradt ebben az ősi formában: hidrogénként és héliumként. Csak 2 százalék szerveződött nehezebb elemekké, âm ehhez a folyamathoz csillagokra is szükség volt…
