כשמדובר בדיוק, כולם שואפים למאה אחוז, אבל מדידת מרחקים קוסמיים משאירה קצת יותר סיכוי. לפני ימים ספורים הודיעו חוקרים מהסקר הספקטרוסקופי Baryon Oscillation Spectroscopic (BOSS) לעולם כי הם הצליחו למדוד את המרחק לגלקסיות הממוקמות במרחק של יותר מששה מיליארד שנות אור לרמת ביטחון של אחוז אחד בלבד. אם הודעה זו לא נראית מרגשת, חשוב מה המשמעות של מחקרים אחרים. מדידות חדשות אלה נותנות פרמטר לתכונות ה"אנרגיה האפלה "האמצעית הנמצאת בכל מקום - מקור ההתפשטות האוניברסלית.
"אין הרבה דברים בחיי היומיום שלנו שאנחנו יודעים ברמת דיוק של אחוז אחד", אמר דייוויד שלגל, פיזיקאי במעבדה הלאומית לורנס ברקלי (LBNL) והחוקר הראשי של BOSS. "אני יודע עכשיו את גודל היקום יותר טוב מכפי שאני יודע את גודל הבית שלי."
ממצאי צוות המחקר הוצגו בישיבת החברה האסטרונומית האמריקאית על ידי האסטרונום מאוניברסיטת הרווארד דניאל אייזנשטיין, מנהל ה- Sloan Digital Sky Survey III (SDSS-III), הארגון העולמי הכולל את BOSS. הם מפורטים בסדרת מאמרים שהוגשו לכתבי עת על ידי שיתוף הפעולה של BOSS בחודש שעבר, כולם זמינים כעת כהדפסים מקוונים.
"קביעת מרחק היא אתגר מהותי של האסטרונומיה," אמר אייזנשטיין. "אתה רואה משהו בשמיים - כמה רחוק הוא? ברגע שאתה יודע כמה זה רחוק, לפתע ללמוד הרבה יותר מכל על זה. "
בכל הנוגע למדידת מרחקים בחלל, אסטרונומים השתמשו בשיטות רבות. מדידת מרחקים לכוכבי לכת הושגה באמצעות מכ"ם, אך יש לה אילוצים והרחבה לחלל פירושה שיטה פחות ישירה. למרות שהוכח שהם מדויקים להפליא, עדיין קיים גורם אי וודאות - כזה שמתבטא באחוזים. לדוגמה, אם הייתם מודדים את המרחק מחפץ שנמצא במרחק 200 מייל לתוכו בערך אמיתי של 2 מיילים, נמדדתם ברמת דיוק של 1%. מבחינה קוסמית, רק כמה מאות כוכבים וקומץ אשכולות כוכבים למעשה קרובים מספיק כדי לחזות את המרחק שלהם בצורה מדויקת כל כך. הם שוכנים בנתיב החלב ונמצאים רק כמה אלפי שנות אור משם. BOSS לוקח את זה עד הקצה ... המדידות שלו עוברות הרבה מעבר לגבולות הגלקטיים שלנו, יותר ממיליון פעמים יותר, וממפות את היקום בדיוק שאין שני לו.
הודות למדידות המרחק החדשות והמדויקות ביותר הללו, אסטרונומים של BOSS עוברים דרך בתחום האנרגיה האפלה. "אנחנו עדיין לא מבינים מהי אנרגיה אפלה", הסביר אייזנשטיין, "אך אנו יכולים למדוד את תכונותיה. לאחר מכן, אנו משווים את אותם ערכים למה שאנו מצפים שיהיו, בהתחשב בהבנתנו הנוכחית של היקום. ככל שהמדידות שלנו טובות יותר, כך נוכל ללמוד יותר. "
איך זה מתבצע? להשיג מדידה של אחוז בשש מיליארד שנות אור זה לא קל כמו מדידת אובייקט מערכת סולארית, או אפילו כזה שנמצא בתוך הגלקסיה שלנו. כאן נכנס לשחק הבוס. זהו הגדול מבין ארבעת הפרויקטים המרכיבים את סקר השמיים הדיגיטליים Sloan (SDSS-III), ונבנה כדי לנצל את הטכניקה הזו: מדידת מה שמכונה "תנודות אקוסטיות של הברון" (BAOs), אדוות תקופתיות עדינות ב התפלגות הגלקסיות בקוסמוס. אדוות אלה הן חתימה של גלי לחץ ששיטו פעם את היקום המוקדם בתקופה שהדברים היו כל כך חמים וצפופים עד שפוטונים צעדו יחד עם בריונים - הדברים היוצרים גרעין האטומים. מכיוון שגודל האדווה ידוע, ניתן כעת למדוד את הגודל על ידי מיפוי גלקסיות.
"במדידות הגלקסיות הללו הטבע נתן לנו שליט יפהפה," אמרה אשלי רוס, אסטרונומית מאוניברסיטת פורטסמות '. "השליט אורך חצי מיליארד שנות אור, כך שנוכל להשתמש בו כדי למדוד מרחקים בדיוק, אפילו ממרחקים רבים.
באמצעות מכשירים ייעודיים שלו שיכולים לבצע מדידות מפורטות של אלף גלקסיות בכל פעם, BOSS קיבל אתגר עצום - מיפוי המיקום של יותר ממיליון גלקסיות. "בלילה בהיר כשהכול מסתדר בצורה מושלמת, אנו יכולים להוסיף יותר מ 8000 גלקסיות וקוואזרים למפה," אמרה קייקה פן, המובילה את צוות המשקיפים במצלמת טלסקופ Sloan קרן 2.5 מטר במצפה אפאצ'י פוינט שב SDSS-III. ניו מקסיקו.
למרות שצוות המחקר של BOSS הציג את מפות הגלקסיה המוקדמות שלו והחל במדידות BAO לפני שנה, נתונים חדשים אלה מכסים שטח כפליים ומעניקים מדידה מדויקת עוד יותר - כולל אלה לגלקסיות סמוכות. "ביצוע המדידות הללו בשני מרחקים שונים מאפשר לנו לראות כיצד התפשטות היקום השתנתה לאורך זמן, מה שיעזור לנו להבין מדוע הוא מאיץ", הסבירה האסטרונומית מאוניברסיטת פורטסמות 'ריטה טוג'יירו, שתפקידה את ראשו של אשכול גלקסיות הבוס. קבוצת עבודה יחד עם ג'רמי טינקר מאוניברסיטת ניו יורק.
גם מחקר דומה עושה מריאנה ורגאס-מגאנה, חוקרת פוסט-דוקטורט באוניברסיטת קרנגי מלון. כדי לאפשר דיוק רב יותר היא בוחנת כל השפעה עדינה שעשויה להשפיע על מדידות ה- BOSS. "כשאתה מנסה להגיע לאחוז אחד, אתה צריך להיות פרנואיד בכל מה שעלול להשתבש אפילו מעט," אמר ורגאס-מגאנה - למשל, הבדלים קלים באיך שזוהו גלקסיות יכלו להשליך את כל המדידה של התפלגות, כך שנדרש לבדוק חלקים שונים של השמים בזהירות. "למרבה המזל," אמרה ורגס-מגאנה, "יש הרבה אנשים זהירים בצוות שלנו לבדוק את ההנחות שלנו. כשכולם מרוצים, אנו בטוחים שלא פספסנו שום דבר. "
נכון להיום נראה כי ממצאי BOSS החדשים הללו תואמים את מה שאנחנו רואים כצורה של אנרגיה אפלה - קבוע שנמצא לאורך ההיסטוריה של היקום. על פי פרסום החדשות, "קבוע קוסמולוגי" זה הוא אחד משישה מספרים בלבד הנדרשים ליצירת מודל העולה בקנה אחד עם היקף ומבנה היקום. שלגל משווה את המודל הזה בן שש המספרים לחלונית זכוכית המוצמדת על ידי ברגים המייצגים מדידות שונות של תולדות היקום. "עכשיו יש ל- BOSS את אחד הברגים ההדוקים ביותר, ופשוט נתנו לו חצי סיבוב נוסף," אמר שלגל. "בכל פעם שאתה מחגר את המתח והזכוכית לא נשברת, זו ההצלחה של הדגם."
מקור סיפור מקורי: מהדורת חדשות סקר השמיים הדיגיטליים של Sloan. לקריאה נוספת: פרסום חדשות מכון מקס פלאנק.
