Honnan tudjuk, hogy milyen az Univerzum szerkezete, és hogyan változott a születése óta eltelt évmilliárdok során? A csillagászok számos módszert alkalmaznak a Világegyetem geometriai tulajdonságainak vizsgálatára. Ezek közül az egyik legrégebbi az úgynevezett szögméret–vöröseltolódás teszt. Az alapötlet egyszerű: ha találunk olyan objektumokat, amelyek valódi mérete nagyjából ismert, akkor látszólagos méretük alapján – vagyis abból, hogy mekkorának tűnnek az égen – következtethetünk az Univerzum tágulásának történetére.
Klasszikus kozmológiai tesztek, a látszó fényesség–vöröseltolódás (balra) és a szögméret–vöröseltolódás összefüggés (jobbra) szemléltetése. Ha ismerünk adott teljesítménnyel sugárzó „standard gyertyákat” vagy adott hosszúságú „standard mérőrudakat”, valamint azok tőlünk mért távolságát, akkor segítségükkel meg tudjuk határozni a kozmológiai modellünket leíró paramétereket. Az előbbire az Ia típusú szupernóvák, az utóbbira a rádiósgárzó jetek jelentenek példát, bár természetesen egyik objektumtípus sem teljesen standard, ezért elemzésük sem egyszerű. (Forrás: NASA / JPL)
Egy frissen publikált kutatás most új életet lehelt ebbe a klasszikus módszerbe, méghozzá a kvazárok – távoli galaxisok fényes, szupernagy tömegű fekete lyukak által táplált magjai – rádiósugárzó plazmanyalábjainak vizsgálatával. A nemzetközi kutatócsoportot Mina Ghodsi Yengejeh (HUN-REN Csillagászati és Földtudományi Kutatóközpont, Konkoly Thege Miklós Csillagászati Intézet), az Eötvös Loránd Tudományegyetem Fizika Doktori Iskolájának hallgatója vezette.
A vizsgálat tárgyai az aktív galaxismagokhoz kapcsolódó, a központi szupernagy tömegű fekete lyukak közvetlen környezetéből elinduló relativisztikus anyagkilövellések, azaz jetek voltak. Ezeknek a rendkívül kompakt és nagy teljesítménnyel sugárzó rádióforrásoknak a méretét a nagyon hosszú bázisvonalú rádióinterferométeres (VLBI) technikával lehet ezredívmásodperces pontossággal meghatározni. A kutatócsoport egy olyan adathalmazt elemzett, amely több mint egy nagyságrenddel nagyobb a korábbi, az 1990-es években használt mintáknál. Ez a módszer első átfogó felülvizsgálata az elmúlt negyed évszázadban.
Példa egy kvazárjet VLBI-térképére (J1426+5406, 15 GHz frekvencián). A jetek szögkiterjedése ezredívmásodpercekben (mas) mérhető. A látszó szögméret–vöröseltolódás összefüggést vizsgáló tanulmány 8 GHz-es méréseket használt, mivel ezen a frekvencián állt rendelkezésre a legtöbb, közel 5000 adat. (Forrás: Koller & Frey, 2025)
Az eredmények szerint a kvazárok megfigyelt szögmérete és vöröseltolódása között valóban kimutatható az a kapcsolat, amelyet a Világegyetemet leíró kozmológiai modellek előre jeleznek. A kutatók különleges statisztikai teszteket is végeztek: száz olyan mesterséges adatbázist hoztak létre, amelyekben a vöröseltolódásokat véletlenszerűen összekeverték az objektumok többi tulajdonságával. Ezek az „összekevert” minták már nem mutatták ugyanazt az összefüggést, ami megerősíti, hogy a valós adatokban megjelenő kapcsolat fizikai eredetű, és nem a véletlen műve. Más szóval a kvazárok rádiósugárzó nyalábjainak látszó szögmérete valóban hordoz kozmológiai információt.
A kutatás ugyanakkor arra is rámutatott, hogy a módszer jelenlegi formájában még nem képes olyan pontos kozmológiai paramétereket szolgáltatni, mint más módszerek, mint például a szupernóva-robbanások vagy a kozmikus mikrohullámú háttérsugárzás vizsgálata. A fő problémát az jelenti, hogy a kvazárjetek látszó méretét nemcsak a Világegyetem geometriája, hanem az objektumok saját asztrofizikai tulajdonságai is befolyásolják. A két hatás részben összekeveredik, ami jelentősen csökkenti a módszer pontosságát. A szimulációk szerint akkor lehetne versenyképes kozmológiai eszközzé tenni ezt a tesztet, ha a megfigyelések szórása 20% alá csökkenne, és több tíz- vagy akár százezer jól kiválasztott objektum állna rendelkezésre.
A rádiócsillagászat jelenleg forradalmi fejlődésen megy keresztül: új VLBI-hálózatok, nagy érzékenységű rádióteleszkópok és a közeljövőben épülő nemzetközi obszervatóriumok minden korábbinál több aktív galaxismagot fognak feltérképezni. A mostani tanulmány megmutatta, hogy a kvazárjetek szögméret–vöröseltolódás kapcsolata valódi és mérhető jelenség. Bár nem ez a kozmológia legpontosabb mérőeszköze, a jövőben fontos kiegészítő szerepet játszhat abban, hogy minél több, egymástól független módszerrel vizsgálhassuk a Világegyetem szerkezetét és fejlődését. A kutatók a teljes adatbázist is közzétették, ezzel segítve a további vizsgálatokat.
A kutatásról beszámoló, az új, jócskán megnövekedett adatbázis elemzése mellett módszertani újításokat is tartalmazó tanulmány nemrég az Astronomy & Astrophysics folyóiratban jelent meg:
Ghodsi Yengejeh M., Koryukova T.A., Gurvits L.I., Frey S., Pushkarev A.B., Plavin A.V., Kellermann K.I., Kovács A. (2026): Revisiting the angular size–redshift cosmological test with milliarcsecond radio structures in active galactic nuclei. Astronomy & Astrophysics, Vol. 710, id. A133
https://doi.org/10.1051/0004-6361/202557047
A kutatás az EKÖP-24-3-I-ELTE-1026 projekt, a Nemzeti Kutatási, Fejlesztési és Innovációs Hivatal (NKFIH) (OTKA K134213, NN147550, TKP2021-NKTA-64), a Magyar Tudományos Akadémia Lendület programja, valamint az Európai Unió Horizont Európa kutatási és innovációs keretprogramja (MSCA 101130774) támogatásával folyt.