אנחנו מקבלים משהו לא בסדר ביקום.
זה יכול להיות משהו קטן: סוגיית מדידה הגורמת לכוכבים מסוימים להיראות קרוב או רחוק יותר מהם, משהו שאסטרופיזיקאים יכולים לתקן בעזרת כמה ציוצים כיצד הם מודדים מרחקים בחלל. יכול להיות שזה משהו גדול: שגיאה - או סדרת טעויות - בקוסמולוגיה, או הבנתנו את מקור היקום והתפתחותו. אם זה המקרה, כל ההיסטוריה שלנו של החלל והזמן עשויה להיות מפולגת. אבל לא משנה מה הנושא, זה גורם לתצפיות מרכזיות על היקום לא להסכים זה לזה: נמדד בדרך אחת, נראה שהיקום מתרחב בקצב מסוים; נמדד דרך אחרת, נראה שהיקום מתרחב בקצב אחר. וכפי שעולה ממאמר חדש, הפערים הללו הולכים וגדלים בשנים האחרונות, אפילו ככל שהמדידות התבררו מדויקות יותר.
"אנו חושבים שאם ההבנה שלנו בקוסמולוגיה נכונה, אז כל המדידות השונות הללו צריכות לתת לנו את אותה תשובה," אמרה קייטי מק, קוסמולוגית תיאורטית מאוניברסיטת צפון קרוליינה (NCSU) ומחברת משותפת של העיתון החדש. .
שתי המדידות המפורסמות ביותר פועלות בצורה שונה מאוד זו מזו. הראשון נשען על הרקע מיקרוגל של מיקרוגל (CMB): שארית קרינת המיקרוגל מהרגעים הראשונים לאחר המפץ הגדול. קוסמולוגים בנו מודלים תיאורטיים של כל תולדות היקום על בסיס CMB - מודלים שהם מאוד בטוחים בהם, וזה ידרוש פיסיקה חדשה לגמרי. ומאוחדים יחד, אמר מאק, הם מייצרים מספר מדויק למדי עבור קבוע האבל, או H0, הקובע כמה מהר היקום מתרחב כרגע.
המדידה השנייה משתמשת בסופרנובות וכוכבים מהבהבים בגלקסיות סמוכות, המכונות קפידים. על ידי הערכת מרחק הרחוק מאותן גלקסיות משלנו, וכמה מהר הן מתרחקות מאיתנו, אסטרונומים השיגו את מה שהם מאמינים שהיא מדידה מדויקת מאוד של קבוע האבל. והשיטה הזו מציעה H0 שונה.
"אם נקבל תשובות שונות זה אומר שיש משהו שאנחנו לא יודעים", אמר מאק ל- Live Science. "אז זה באמת לא רק להבין את קצב ההתפשטות הנוכחי של היקום - וזה משהו שאנחנו מעוניינים בו - אלא להבין איך היקום התפתח, איך ההתפשטות התפתחה ואיזה זמן מרחב עושה את כל זה זמן. "
וויקנג לין, גם הוא קוסמולוג ב- NCSU וכמחבר העיתון הראשי, אמר שכדי לפתח תמונה מלאה של הבעיה, הצוות החליט לאסוף את כל הדרכים השונות של "אילוץ" של H0 במקום אחד. העיתון טרם נבדק או פורסם באופן רשמי על ידי עמיתים והוא זמין בשרת ההדפסה המקדימה arXiv.
להלן פירוש "אילוץ": מדידות בפיזיקה כמעט ולא מציגות תשובות מדויקות. במקום זאת, הם שמו גבולות על מגוון התשובות האפשריות. ועל ידי התבוננות באילוצים אלה ביחד, תוכלו ללמוד הרבה על משהו שאתם לומדים. כשמסתכלים דרך טלסקופ אחד, למשל, תוכלו ללמוד שנקודת אור בחלל היא אדום, צהוב או כתום. אחר עשוי לומר לך שהוא בהיר יותר מרוב האורות האחרים בחלל אבל פחות בהיר מהשמש. אחר עשוי לומר לך שהוא נע מעבר לשמיים כמו כוכב לכת מהיר. אף אחד מהאילוצים האלה לא יגיד לך הרבה לבד, אבל יחד הם מציעים שאתה מסתכל על מאדים.
לין, מאק ומחברם השלישי לספר, סטודנט לתארים מתקדמים ב- NCSU, ליקיאנג הו, התבוננו באילוצים של שני קבועים: H0, ומשהו שנקרא "חלק המוני" של היקום, המכונה Ωm, המספר לך כמה מהיקום היא אנרגיה, וכמה זה משנה. מדידות רבות של H0 גם מגבילות Ωm, אמר לין, לכן כדאי להסתכל עליהן יחד.
זה הניב את העלילה הצבעונית הזו:
סגלגל המגנטה הנמתח שכותרתו WMAP הוא טווח שברי המונים האפשריים וקבועי האבל שהיו בעבר אפשריים על סמך מחקר עיקרי של נאס"א בעבר ב- CMB, המכונה בדיקת מיקרוסקופ מיקרוסקופית וילקינסון. העמוד הצהוב שכותרתו CV SN (קיצור של "Cepheid-Calibrated Type-Ia Supernovae") מתייחס למדידות Cepheid-Supernova, שאינן מגבילות את שבריר המסה של היקום, אך אכן מגבילות את H0. הסרגל האדום שכותרתו SN P (קיצור של "סוג-Ia Supernovae Pantheon") הוא אילוץ מרכזי בשבריר ההמונים של היקום.
ניתן לראות כי הקצוות של WMAP ו- CV SN חופפים, לרוב מחוץ למוט האדום. זה היה תמונת חוסר ההתאמה לפני מספר שנים, אמר מאק: מספיק חשוב לדאוג ששתי המדידות יעלו תשובות שונות, אך לא כל כך משמעותיות שהופכות אותן לא תואמות לקצרים מעטים.
אבל בשנים האחרונות הייתה מדידה חדשה של ה- CMB מקבוצה שנקראה 'שיתוף פעולה פלאנק'. שיתוף הפעולה של פלאנק, ששחרר את מערך הנתונים האחרון שלו בשנת 2018, העמיד אילוצים קפדניים מאוד על שבר ההמונים וקצב ההתרחבות של היקום, שמסומן על ידי הרסיס השחור בעלילה שכותרתה פלאנק.
כעת, כתבו המחברים, שתי תמונות שונות שונות להפליא של היקום. פלאנק ו- WMAP - יחד עם מגוון גישות אחרות להגבלת H0 ו- Ωm - כולם תואמים פחות או יותר. יש מקום בעלילה, במעגל המקפים הלבנים, שם כולם מאפשרים תשובות דומות לאיזו מהירות היקום מתרחב וכמה ממנו עשוי מחומר. ניתן לראות שכמעט כל הצורות שעלילה עוברות במעגל ההוא.
אבל המדידה הישירה ביותר, המבוססת על למעשה ללמוד כמה רחוק הדברים נמצאים ביקום המקומי שלנו וכמה מהר הם עוברים, אינה מסכימה. מדידת Cepheid נמצאת שם בדרך מימין, ואפילו סרגל השגיאות שלה (הקטעים הצהובים הקלושים, המסמל את טווח הערכים הסבירים) עוברים דרך המעגל המקווקו. וזו בעיה.
"הייתה הרבה פעילות בתחום הזה רק בחודשים האחרונים," אמרה ריסה וכסלר, קוסמולוגית מאוניברסיטת סטנפורד שלא הייתה מעורבת במאמר זה. "אז זה ממש נחמד לראות את הכל מסוכם. המסגור אותו מבחינת H0 ו- Ωm, שהם פרמטרים בסיסיים, ממש מבהיר."
ובכל זאת, וקסלר אמר ל- Live Science, חשוב לא לקפוץ למסקנות.
"אנשים מתרגשים מכך, מכיוון שזה יכול להיות שיש פיסיקה חדשה וזה יהיה ממש מרגש," אמרה.
יתכן שמודל ה- CMB פשוט טועה בדרך כלשהי, וזה מוביל לאיזו שגיאה שיטתית באופן שבו הפיזיקאים מבינים את היקום.
"כולם היו אוהבים את זה. פיסיקאים אוהבים לשבור את המודלים שלהם," אמר וכסלר. "אבל המודל הזה עובד די טוב עד כה, אז הקודם שלי הוא שצריך להיות ראיות די חזקות כדי לשכנע אותי."
המחקר מראה כי יהיה קשה להתאים את מדידת Cepheid מהיקום המקומי עם כל האחרים על ידי הצגת פיסיקה חדשה אחת בלבד, אמר מאק.
אפשר, אמר מאק, שחישוב הסופרנובות-קפיד פשוט שגוי. אולי פיזיקאים מודדים מרחקים ביקום המקומי שלנו שגויים, וזה מוביל לחישוב שגוי. קשה לדמיין מה תהיה חישוב שגוי זה, אמרה. המון אסטרופיסיקאים מדדו מרחקים מקומיים מאפס והגיעו לתוצאות דומות. אפשרות אחת שהעלו המחברים היא רק שאנחנו חיים בתוך נתח מוזר של היקום בו יש פחות גלקסיות ופחות כוח משיכה, ולכן השכונה שלנו מתרחבת מהר יותר מהיקום בכללותו.
התשובה לבעיה, אמרה, יכולה להיות ממש מעבר לפינה. אבל סביר יותר להניח שהוא רחוק שנים או עשורים.
"זה או משהו חדש ביקום או שזה משהו שאנחנו לא מבינים לגבי המדידות שלנו", אמרה.
וכסלר אמרה שהיא תמר על האחרון - שכנראה שיש משהו לא ממש בסדר בסרגלי השגיאות סביב חלק מהמידות המעורבות, וכי ברגע שזו תיפתר, התמונה תשתלב יפה יותר.
מדידות שיבואו עשויות להבהיר את הסתירה - או להסביר אותה או להעלות אותה, ולהציע תחום פיזיקלי חדש. טלסקופ הסקר הסינופטי הגדול, שאמור לצאת לאינטרנט בשנת 2020, אמור למצוא מאות מיליוני סופרנובות, מה שאמור לשפר במידה ניכרת את מערכי הנתונים שאסטרופיזיקאים משתמשים בכדי למדוד מרחקים בין גלקסיות. בסופו של דבר, אמר מאק, מחקרי גלי הכבידה ישתפרו מספיק כדי להגביל את התפשטות היקום, מה שאמור להוסיף רמה נוספת של דיוק לקוסמולוגיה. בהמשך הדרך, אמרה, פיזיקאים עשויים אפילו לפתח מכשירים רגישים מספיק בכדי לצפות בחפצים מתרחבים זה מזה בזמן אמת.
אך כרגע הקוסמולוגים עדיין מחכים ותוהים מדוע המדידות שלהם ביקום אינם הגיוניים יחד.
