תעלומת התפשטות היקום

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

לפני קצת יותר ממאה שנים, אף אחד על הפלנטה שלנו לא ידע שהיקום מתרחב. אבל למרות כל הצרות וחוסר המזל שהביאה המאה העשרים לאנושות, המאה הזו הייתה בסימן קידמה מדעית וטכנולוגית. בפרק זמן קצר להפליא, למדנו יותר על העולם והיקום מאי פעם.

הרעיון שהיקום שלנו התרחב במהלך 13, 8 מיליארד השנים האחרונות הוצע לראשונה על ידי הפיזיקאי הבלגי ז'ורז' למאיטר ב-1927. שנתיים לאחר מכן, האסטרונום האמריקני אדווין האבל הצליח לאשר השערה זו. הוא גילה שכל גלקסיה מתרחקת מאיתנו וככל שהיא רחוקה יותר, כך היא מתרחשת מהר יותר. כיום, ישנן דרכים רבות שבהן מדענים יכולים להבין באיזו מהירות היקום שלנו מתרחב בגודלו. הנה רק המספרים שמקבלים החוקרים בתהליך המדידה, בכל פעם שהם מתבררים כשונים. אבל למה?

התעלומה הגדולה ביותר של היקום

כפי שאנו יודעים היום, יש קשר הדוק בין המרחק לגלקסיה לבין המהירות בה היא מתרחקת. אז, נניח, גלקסיה במרחק של 1 מגה-פרסק מכוכב הלכת שלנו (מגה-פארסק אחד שווה בערך ל-3.3 מיליון שנות אור) מתרחקת במהירות של 70 ק"מ לשנייה. והגלקסיה שנמצאת קצת יותר רחוק, במרחק של שני מגה-פארסק, נעה במהירות כפולה (140 קמ"ש).

מעניין גם שכיום ישנן שתי גישות עיקריות לקביעת גיל היקום, או, מדעית, קבוע האבל. ההבדל בין שתי הקבוצות הוא שמערכת אחת של שיטות מסתכלת על עצמים קרובים יחסית ביקום, בעוד שהשנייה מסתכלת על מרוחקים מאוד. עם זאת, לא משנה באיזו שיטה משתמשים המדענים, התוצאות שונות בכל פעם. מתברר שאו שאנחנו עושים משהו לא בסדר, או איפשהו רחוק ביקום, משהו לא ידוע לחלוטין קורה.

במחקר שפורסם לאחרונה בשרת ה-preprint airxiv.org, אסטרונומים שחקרו גלקסיות סמוכות השתמשו בשיטה חכמה למדידת התפשטות היקום שנקראת תנודות בהירות פני השטח. זה שם מפואר, אבל הוא כולל רעיון שהוא למעשה אינטואיטיבי.

דמיינו שאתם עומדים בקצה יער, ממש מול עץ. מכיוון שאתה קרוב מאוד, אתה רואה רק עץ אחד בשדה הראייה שלך. אבל אם תצעד מעט אחורה, תראה עוד עצים. וככל שתתקדם יותר, כך יופיעו יותר עצים לנגד עיניך. אותו דבר קורה בגלקסיות שמדענים צופים בטלסקופים, אבל הרבה יותר מסובך.

איך אתה יודע את קצב ההתפשטות של היקום?

כדי לקבל נתונים סטטיסטיים טובים, אסטרונומים צופים בגלקסיות הקרובות למדי לכדור הארץ, כ-300 מיליון שנות אור או קרוב יותר. עם זאת, כאשר צופים בגלקסיות, יש צורך לקחת בחשבון אבק, גלקסיות רקע וצבירי כוכבים שניתן לראות בתמונות שצולמו בטלסקופ.

היקום, לעומת זאת, ערמומי. מאז שנות ה-90, אסטרונומים ראו שכוכבים מתפוצצים רחוקים מאוד תמיד היו רחוקים מכפי שמדידות פשוטות יעידו. זה הוביל אותם להאמין שהיקום כעת מתפשט מהר יותר מבעבר, מה שבתורו הוביל לגילוי של אנרגיה אפלה - כוח מסתורי שמאיץ את ההתפשטות האוניברסלית.

כפי שכותבים מחברי העבודה המדעית, כאשר אנו מסתכלים על עצמים רחוקים מאוד, אנו רואים אותם כפי שהיו בעבר, כשהיקום היה צעיר יותר.אם קצב ההתפשטות של היקום היה אז שונה (נניח לפני 12-13.8 מיליארד שנים) ממה שהוא עכשיו (לפני פחות ממיליארד שנים), נוכל לקבל שני ערכים שונים עבור קבוע האבל. או שאולי חלקים שונים ביקום מתרחבים בקצב שונה?

אבל אם קצב ההתפשטות השתנה, אז גיל היקום שלנו הוא בכלל לא מה שאנחנו חושבים (מדענים משתמשים בקצב ההתפשטות של היקום כדי להתחקות אחר גילו). זה, בתורו, אומר שליקום יש גודל שונה, מה שאומר שהזמן שלוקח למשהו לקרות יהיה גם שונה.

אם אתה עוקב אחר שרשרת ההיגיון הזו, אז בסופו של דבר מתברר שהתהליכים הפיזיקליים שהתרחשו ביקום המוקדם התרחשו בזמנים שונים. ייתכן גם שהיו מעורבים תהליכים נוספים המשפיעים על קצב ההתרחבות. באופן כללי, יש איזשהו בלגן. "ממנו נובע שאו שאנחנו לא מבינים מספיק טוב איך היקום מתנהג, או שאנחנו מודדים אותו בצורה לא נכונה", מציינים מחברי המחקר.

בכל מקרה, קבוע האבל הוא נושא שנוי במחלוקת סוערת בקהילה האסטרונומית. המחקר החדש, לעומת זאת, הוסיף שאלות נוספות, כך שהמאבק בחוסר הוודאות יהיה ארוך. מתישהו, כמובן, ההבנה שלנו את הקוסמוס תשתנה. אבל כשזה יקרה, קוסמולוגים יצטרכו לחפש משהו אחר להתווכח עליו. מה שהם בהחלט יעשו.