כמה מהר היקום מתרחב? זו שאלה שאסטרונומים לא הצליחו לענות במדויק. יש להם שם לקצב ההתרחבות של היקום: קבוע האבל, או חוק האבל. אולם מדידות ממשיכות להגיע לערכים שונים, ואסטרונומים מתלבטים קדימה ואחורה בנושא זה במשך עשרות שנים.
הרעיון הבסיסי שמאחורי מדידת קבוע האבל הוא להסתכל על מקורות אור מרוחקים, בדרך כלל סוג של סופרנובות או כוכבים משתנים המכונים 'נרות סטנדרטיים', ולמדוד את התזוזה האדומה של האור שלהם. אבל לא משנה איך אסטרונומים עושים זאת, הם לא יכולים למצוא ערך מוסכם, אלא רק טווח ערכים. מחקר חדש שכלל קוואזרים והעדשת כבידה עשוי לעזור ליישוב הנושא.
כי היקום מתרחב אינו מוטל בספק. ידענו זאת כמאה שנה. האור מהגלקסיות הרחוקות מוזז באדום כשהם מתרחקים מאיתנו, ומדידת ההיסט האדום הניבה ערכים שונים להתפשטות אוניברסלית.
"קבוע האבל מעגן את המידה הפיזית של היקום."
סיימון בירר, מלומד פוסט-דוקטורט ב- UCLA וסופר ראש המחקר.
קצב ההתרחבות נמדד בקילומטרים לשנייה לכל מגה-פרק, כתוב כ- km / s / Mpc. אז למשל, משהו שמתרחב בקצב של 10 (קמ"ש) / Mpc פירושו ששתי נקודות בחלל המרווח של 1 מגה-פרק בנפרד (המקבילה של 3.26 מיליון שנות אור) בורחות זו מזו במהירות של 10 ק"מ לכל שנייה.
כאשר התגלה לראשונה בשנות העשרים של המאה העשרים, נחשב כי שיעור ההתרחבות היה 625 קילו-לשנייה / MPC. אולם החל משנות החמישים, מחקר טוב יותר מדד את זה פחות מ 100 קילו לשנייה / Mpc. בעשורים האחרונים, מחקרים מרובים מדדו את קצב ההתרחבות ומגיעים למהירויות שבין 67 ל 77 קילו לשנייה / לשנייה.
אבל המדע לא יקבל מערך של תשובות עבור משהו שצריך להיות בעל ערך אחד. זה לא היה מדע אם זה היה קורה. כך שמדענים ממשיכים לנסות דרכים שונות למדוד את קבוע האבל כדי לבדוק אם הם מסוגלים להצליח, כי קבוע האבל הוא יותר מסתם מדידה של התפשטות היקום.
"קבוע האבל מעגן את הקנה המידה הפיזי של היקום," אמר סיימון בירר, חוקר פוסט-דוקטורט ב- UCLA וסופר ראש המחקר. ללא ערך מדויק לקבוע קבוע האבל, אסטרונומים אינם יכולים לקבוע במדויק את הגדלים של גלקסיות מרוחקות, עידן היקום או היסטוריית ההתפשטות של הקוסמוס. אז נכון להבין את זה נכון.
מחקר חדש שפורסם זה עתה במודעות חודשיות של החברה האסטרונומית המלכותית מנסה שיטה חדשה למדידת קבוע האבל. המחקר מוביל על ידי צוות אסטרונומים ב- UCLA, והוא מסתמך על קוואזרים רחוקים שאורם עובר עדשות כבידה לפני שהוא מגיע לכדור הארץ.
קוואזרים הם חפצים בהירים במיוחד. הם נקראים גם גרעינים גלקטיים פעילים, מכיוון שנחשבים שהם נגרמים על ידי חורים שחורים סופר-מסיביים במרכז הגלקסיות. הקרינה האלקטרומגנטית שהם פולטים נגרמת על ידי דיסק ההקרדה המסתחרר סביב החור השחור. ככל שדיסק החומר סביב החור מואץ, הוא פולט כמות עצומה של אנרגיה.
מכיוון שהקוואזרים כל כך זוהרים, ניתן לראות אותם ממרחקים עצומים. זה הופך אותם לא רק למושאי לימוד מרתקים, אלא גם שימושיים כסמנים ללימוד חוק האבל.
עדשת הכבידה מתרחשת כאשר מקור האור מאובייקט רחוק במיוחד, קוואזרים במחקר זה, נתקל בגלקסיה מתערבת לפני שהיא מגיעה לתצפיות על כדור הארץ. המסה הקיצונית של הגלקסיה מספיקה בכדי לכופף את האור, בדומה לאופן שעושה עדשת זכוכית. התוצאה היא סוג של אפקט 'בית מראות'. התמונה למטה מראה איך היא נראית. גילוי עדשות הכבידה קשורה באופן הדוק ביותר לאיינשטיין, אך רק בשנת 1979 נצפתה זאת.
מחקר זה התמקד בקוואזרים כפולים. קוואזאר כפול, המכונה לעיתים קוואזאר תאום, אינו שני קוואזרים קרובים זה לזה, אלא השפעה של עדשת כבידה. בעזרת קוואזאר כפול, האור שלהם מודבק סביב גלקסיה שמתערבת לפני שהם מגיעים לכדור הארץ, ומפיקים שתי תמונות של הקוואזר. אף מחקר קודם לא השתמש בהם כדי לנסות לקבוע את קצב ההתפשטות של היקום.
כאשר האור מהקווסר מכופף סביב הגלקסיה המתערבת ומפיק שתי תמונות של אותו קוואזאר, הוא מציב הזדמנות תצפית ייחודית. האור היוצר את התמונות הנפרדות של הקוואסר עובר מסלול שונה לכל תמונה. כאשר האור מהקוואסר מתנודד, יש עיכוב בין הבהוב בכל אחת משתי התמונות.
על ידי מדידת השהיית הזמן בין המהבהבים, ועל ידי הכרת המסה של הגלקסיה המתערבת, הניב הצוות את המרחקים בין כדור הארץ, גלקסיית העדשות, והקוואזר. הכרת המשמרות האדומות של הקוואזר והגלקסיה אפשרה למדענים להעריך כמה מהר היקום מתרחב.
מחקר זה התמקד בקוואזאר הכפול שנקרא SDSS J1206 + 4332, והסתמך גם על נתונים מטלסקופ החלל האבל, מזל תאומים ו- W.M. מצפי מצפה של קק, ומהמעקב הקוסמולוגי של עדשות כבידה, או רשת COSMOGRAIL. הצוות הקדיש כמה שנים לצילומים יומיים של הקוואזר הכפול, אשר נתן להם מדידות מדויקות מאוד של עיכוב הזמן בין המהבהבים. בשילוב עם הנתונים האחרים, הוא נתן לאסטרונומים את אחת המדידות הטובות ביותר של קבוע האבל עד כה.
"היופי במדידה הזו הוא שהיא משלימה מאוד ואינה תלויה באחרים", אמר טומסו טרו, פרופסור UCLA לפיזיקה ואסטרונומיה והסופר הבכיר של העיתון.
אז כמה מהר הוא מתרחב?
"... היקום קצת יותר מסובך.
Tommasso Treu, פרופסור UCLA לפיזיקה ואסטרונומיה.
הצוות העלה ערך עבור קבוע האבל של 72.5 קמ"ש לשנייה למגה-פארק. זה מתיישב עם מדידות אחרות שהשתמשו בסופרנובות רחוקות כנרות סטנדרטיים למדידת קבוע האבל. אבל הוא גבוה בכ- 7% ממדידות המסתמכות על רקע המיקרוגל הקוסמי כדי למדוד אותו.
זה לא סוף הוויכוח על חוק האבל. יש עדיין ההבדל המציק בין שיטות המדידה. מה זה אומר? "אם יש הבדל בפועל בין אותם ערכים, פירושו שהיקום קצת יותר מסובך," אמר Treu. Treu אמר גם כי אחת המדידות, או אפילו שלושתם, שגויה.
הצוות עומד להתמיד בשיטת המדידה העדשתית הקוואזרית שלהם. הם בוחנים 40 קוואזרים פי ארבעה כדי לקוות להם מדידה מדויקת עוד יותר של קצב ההתפשטות של היקום.
מקורות:
- נייר מחקר: H0LiCOW - IX. ניתוח קוסמוגרפי של קוואזר SDSS 1206 + 4332 המצולם כפליים ומדידה חדשה של קבוע האבל
- הודעה לעיתונות של UCLA: רואים כפול יכול לעזור לפתור מחלוקת לגבי מהירות התרחבות היקום
- H0LiCOW
- כניסה לוויקיפדיה: חוק האבל
