A 2025-ös kozmológiai Gruber-díjat Ryan Cooke és Max Pettini kapják
mind az univerzum keletkezése utáni összetétele egyik kulcsfontosságú értékének meghatározásáért, mind pedig annak a módszernek a tökéletesítéséért, amely lehetővé tette számukra e mérés elvégzését.

Cooke és Pettini egyenlő arányban osztoznak az 500 000 dolláros díjon, és mindketten arany kitűzőt kapnak egy később megrendezendő ünnepségen. A díj indoklása szerint azért részesülnek elismerésben, mert „a könnyű elemek gyakoriságát és az ősrobbanás nukleoszintézisét (Big Bang Nucleosynthesis, BBN) a precíziós kozmológia területére emelték.”

Ryan Cooke (balra) és Max Pettini (jobbra), a 2025-ös kozmológiai Gruber-díj nyertesei.

A BBN az Univerzum tágulásának első néhány percében lezajlott magreakciókat leíró elméleti modell. Az egyik módja annak, hogy meghatározzuk az akkori „ősleves” összetételét, hogy megmérjük a deutérium (jele D, a hidrogén olyan izotópja, amelynek atommagjában egy proton és egy neutron van) és a hidrogén arányát. Ez az D/H arány összefügg a hétköznapi anyag, a barionok sűrűségével az univerzum tömeg-energia összetételében, a fennmaradó rész sötét anyagból és sötét energiából áll. Cooke és Pettini egy százalékos pontossággal határozták meg a D/H arányt, majd ebből a barionok sűrűségét.

Ráadásul az általuk meghatározott barionsűrűség rendkívűl jól egyezik egy teljesen más módszerrel meghatározott értékkel. Míg a BBN-módszer az univerzum néhány perces korában vizsgálja annak összetételét, a másik megközelítés 378 000 évvel későbbre tekint, amikor is az első fény megjelent az Univerzumban, és az egész égboltot átható, maradandó lenyomatot hagyott maga után. Ezt hívják a kozmológusok kozmikus mikrohullámú háttérsugárzásnak (cosmic microwave background). E háttérsugárzás három egymást követő, egyre pontosabb méréséért felelős kutatócsoportok és vezetőik 2006-ban, 2012-ben és 2018-ban kapták meg a kozmológiai Gruber-díjat.

Cooke, a Durham Egyetem extragalaktikus csillagászati központjának professzora, és Pettini, a Cambridge-i Egyetem Csillagászati Intézetének megfigyelő csillagászati professzora egy olyan módszert alkalmaztak, amelyet Thomas F. Adams kozmológus javasolt még 1976-ban. Adams szerint az úgynevezett abszorpciós felhők, amelyek a kvazárok színképeiben gyakran megfigyelhetőek, ígéretesek lehetnek a primordiális deutérium mennyiségének meghatározására. A kvazárok olyan szupernagy tömegű fekete lyukak, amelyek rendkívül erősen sugároznak, ezért nagy távolságokból, így az univerzum nagyon korai időszakaiból is megfigyelhetőek. Ennek a technikának az alapja az, hogy a kvazár háttérfényforrásként működik, és megvilágítja a Földről nézve előtte elhelyezkedő ritka anyagfelhőket, amelyeknek nincs kapcsolata a kvazárral.

A módszer gyakorlati alkalmazásához szükséges földi távcsövek azonban csak két évtizeddel később váltak elérhetővé. Pettini a hawaii Keck teleszkópokkal és a chilei Nagyon Nagy Távcsővel kezdett kvazárokról adatokat gyűjteni más kutatási célból. Az együttműködés 2009-ben alakult ki Cooke-kal, aki akkoriban a doktori hallgatója volt Cambridge-ben, egy olyan projekt keretében, amelynek célja a primordiális D/H arány egy százalékos pontosságú meghatározása volt.

Nem ők voltak az egyetlenek, akik a kvazáralapú módszert alkalmazták a D/H arány meghatározására, de a korábbi próbálkozások ellentmondásos eredményeket hoztak. Cooke és Pettini együttműködése azonban finomította a módszert: kutatásaikban kizárólag „szinte érintetlen” gázfelhőkre koncentráltak, azaz olyan galaxisokra, amelyekben kevés csillag található, így hiányoznak belőlük a csillagkeletkezéssel járó olyan folyamatok, amelyek új elemeket hoznak létre és elpusztítják a deutériumot. Mivel ezek a galaxisok kémiailag fejletlenek voltak, összetételük közel állt az ősi univerzuméhoz.

2018-ban Cooke és Pettini a 2010-es kozmológiai Gruber-díj kitüntetettje, Charles Steidel közreműködésével hét kvazárt tartalmazó mintán publikálták kutatásaik eredményét, amelyek mindegyike hibahatáron belül egyező D/H arányt mutatott. Ez az arány lehetővé tette annak kiszámítását, hogy a barionok az Univerzum tömeg- és energiasűrűségének körülbelül 5 százalékát teszik ki. Ez az eredmény nemcsak hogy pontosan egyezett a CMB-módszerrel kapott eredményekkel, hanem a BBN-módszer érvényességét is megerősítette a precíziós kozmológia terén.

A Gruber Alapítvány nemzetközi díjprogramja olyan személyeket tüntet ki a kozmológia, genetika és idegtudomány területein, akik úttörő munkájukkal olyan új modelleket alkotnak, amelyek alapvető szemléletváltást tesznek lehetővé a tudományban és a kultúrában. A díj tanácsadó testületei olyan személyeket választanak ki, akik jelentős mértékben hozzájárulnak tudásunk bővítéséhez, és potenciálisan mélyrehatóan befolyásolják az életünket.

Forrás: Gruber Foundation