דון לינקולן הוא מדען בכיר במחלקת הפרמילאב האמריקאית במחלקת האנרגיה האמריקאית, הגדול ביותר במדינת המחקר הגדול Hadron Collider. הוא גם כותב על מדע לציבור, כולל "קולידר הדרון הגדול: הסיפור יוצא הדופן של היגס בוסון ודברים אחרים שיעיפו את דעתך"(הוצאת אוניברסיטת ג'ונס הופקינס, 2014). אתה יכול לעקוב אחריופייסבוק. לינקולן תרם מאמר זה ל- Live Scienceקולות מומחים: Op-Ed & Insights.
כל עוד שמרנו על רשומות, האנושות התפעלה משמי הלילה. התבוננו בשמים כדי לקבוע את רצון האלים ולתהות על המשמעות של הכל. רק 5,000 הכוכבים שאנו יכולים לראות בעין בלתי-עצמאית היו לוויה של האנושות במשך אלפי שנים.
מתקנים אסטרונומיים מודרניים הראו לנו שהיקום אינו מורכב מאלפי כוכבים בלבד - הוא מורכב ממאות מיליארדי כוכבים בגלקסיה שלנו בלבד, עם טריליוני גלקסיות. המצפים לימדו אותנו על הולדתו והתפתחותו של היקום. וב -3 באוגוסט, מתקן חדש פרסם את ההכרזה המהותית הראשונה שלו והוסיף להבנתנו את הקוסמוס. זה מאפשר לנו לראות את הבלתי נראה, וזה הראה כי התפלגות החומר ביקום שונה מעט מהציפיות.
סקר האנרגיה האפלה (DES) הוא שיתוף פעולה של כ -400 מדענים שיצאו למשימה של חמש שנים לחקור גלקסיות רחוקות כדי לענות על שאלות על תולדות היקום. היא משתמשת במצלמת האנרגיה האפלה (DEC) המחוברת לטלסקופ בגובה 4 מטרים של ויקטור מ. בלנקו במצפה הכוכבים הבין אמריקני סרו טולו בהרי האנדים הצ'יליים. DEC הורכבה בארה"ב בפרמילאב ליד בטאוויה, אילינוי, והיא מצלמת 570 מגה-פיקסל המסוגלת לדמיין גלקסיות כה רחוקות עד כי אורן המיליונית בהיר יותר מהכוכבים העמומים ביותר.
אנרגיה אפלה וחומר אפל
DES הוא ציד אחר אנרגיה אפלה, שהיא שדה אנרגיה מוצע ביקום המהווה סוג של כוח משיכה דוחה. בעוד כוח הכובד מפעיל משיכה שלא ניתן לעמוד בפניה, אנרגיה אפלה דוחפת את היקום להתפשט בקצב הולך וגובר. השפעתו נצפתה לראשונה בשנת 1998, ועדיין יש לנו שאלות רבות לגבי טיבו.
עם זאת, על ידי מדידת המיקום והמרחק של 300 מיליון גלקסיות בשמי הלילה הדרומיים, הסקר יוכל להשמיע הצהרות חשובות על תעלומה אסטרונומית אחרת, המכונה חומר אפל. חומר אפל נחשב כפול פי חמישה ביקום מאשר חומר רגיל. עם זאת זה לא מתקשר עם אור, גלי רדיו או כל סוג של אנרגיה אלקטרומגנטית. ולא נראה שזה מתאסף ויוצר גופים גדולים כמו כוכבי לכת וכוכבים.
אין דרך לראות ישירות חומר אפל (מכאן השם). עם זאת, ניתן לראות בעקיפין את השפעותיו על ידי ניתוח כמה הגלקסיות מסתובבות במהירות. אם תחשב את מהירויות הסיבוב הנתמכות על ידי המסה הנראית של הגלקסיות, תגלה שהם מסתובבים מהר יותר מכפי שהם צריכים. על פי כל הזכויות, יש לקרוע גלקסיות אלה. לאחר עשרות שנות מחקר, האסטרונומים הסיקו כי כל גלקסיה מכילה חומר אפל, המייצר את כוח הכובד הנוסף המחזיק את הגלקסיות יחד.
חומר אפל ביקום
עם זאת, בקנה מידה גדול בהרבה של היקום, לימוד גלקסיות בודדות אינו מספיק. דרושה גישה נוספת. לשם כך, על אסטרונומים להשתמש בטכניקה הנקראת עדשת כבידה.
עדשת הכבידה ניבאה בשנת 1916 על ידי אלברט איינשטיין ונצפתה לראשונה על ידי סר ארתור אדינגטון בשנת 1919. תיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין אומרת כי כוח המשיכה שאנו חווים נגרם באמת על ידי עקמומיות החלל-זמן. מכיוון שאור עובר בקו ישר בחלל, אם זמן המרחב מעוקל, הוא ייראה למתבונן כאילו האור נוסע בדרך מעוקלת בחלל.
ניתן לרתום תופעה זו לחקר כמותם וחלוקה של החומר האפל ביקום. מדענים שמציגים לגלקסיה רחוקה (המכונה גלקסיית העדשות), שיש לה גלקסיה אחרת שנמצאת עוד יותר מאחוריה (המכונה הגלקסיה הנצפית), יכולים לראות תמונה מעוותת של הגלקסיה הנצפית. העיוות קשור למסת גלקסיית העדשות. מכיוון שמסת גלקסיית העדשות היא שילוב של חומר גלוי וחומר אפל, עדשת הכבידה מאפשרת למדענים להתבונן ישירות בקיומה ובהפצה של חומר אפל בסולמות גדולים כמו היקום עצמו. טכניקה זו פועלת גם כאשר מקבץ גדול של גלקסיות קדמיות מעוות את דימויי האשכולות של גלקסיות רחוקות אף יותר, וזו הטכניקה הנהוגה למדידה זו.
גושית או לא?
שיתוף הפעולה ב- DES פרסמה לאחרונה ניתוח תוך שימוש בדיוק בטכניקה זו. הצוות בדק מדגם של 26 מיליון גלקסיות בארבעה מרחקים שונים מכדור הארץ. הגלקסיות הקרובות יותר הדביקו את העדשות שהיו רחוקות יותר. על ידי שימוש בטכניקה זו והתבוננות בזהירות על עיוות התמונות של כל הגלקסיות, הם הצליחו למפות את התפלגות החומר האפל הבלתי נראה ואיך זה נע והתמוטט במהלך 7 מיליארד השנים האחרונות, או מחצית אורך החיים של יקום.
כצפוי, הם גילו שהחומר האפל של היקום "גושני". עם זאת הייתה הפתעה - היא הייתה מעט פחות גושית ממה שחזו המדידות הקודמות.
אחת המדידות הסותרות הללו מגיעה מאותת הרדיו השארית מהתקופה המוקדמת ביותר אחרי המפץ הגדול, שנקרא רקע מיקרוגל קוסמי (CMB). ה- CMB מכיל בתוכו את חלוקת האנרגיה בקוסמוס כשהיה בן 380,000 שנה. בשנת 1998, שיתוף הפעולה Cosmic Background Explorer (COBE) הודיע כי ה- CMB אינו אחיד לחלוטין, אלא שיש לו נקודות חמות וקרות שנבדלות מהמדים על חלק אחד ב- 100,000. לווייני מיקרוסקופ האיסוטרופיה ווילקינסון (WMAP) ולווייני פלאנק אישרו ושכללו את מדידות ה- COBE.
במשך 7 מיליארד השנים שחלפו מאז נפלט ה- CMB לתקופת הזמן שנחקרה על ידי DES, אותם אזורים חמים יותר של היקום גרמו להיווצרות מבנה הקוסמוס. חלוקת אנרגיה לא אחידה שנלכדה ב- CMB, בשילוב עם כוח הכובד המגבר, גרמה לכמה כתמים ביקום להיות צפופים יותר ואחרים פחות. התוצאה היא היקום שאנחנו רואים סביבנו.
ה- CMB חוזה את התפלגות החומר האפל מסיבה פשוטה: התפלגות החומר ביקום שלנו בהווה תלויה בהפצתו בעבר. אחרי הכל, אם היה גוש של חומר בעבר, החומר הזה ימשוך אליו חומר סמוך והגוש יגדל. באופן דומה, אם היינו משליכים לעתיד הרחוק, תפוצת החומר היום הייתה משפיעה על מחר מאותה סיבה.
אז מדענים השתמשו במדידות של ה- CMB כ -380,000 שנה אחרי המפץ הגדול כדי לחשב איך היקום צריך להיראות 7 מיליארד שנה לאחר מכן. כאשר השוו בין החיזוי למדידות מ- DES, הם גילו שמדידות ה- DES היו מעט פחות גושות מהתחזיות.
תמונה לא שלמה
זה עניין גדול? אולי. אי הוודאות, או השגיאה, בשתי המדידות מספיק גדולים מכיוון שזה אומר שהם לא מסכימים בצורה מובהקת סטטיסטית. פירוש הדבר בפשטות הוא שאיש אינו יכול להיות בטוח ששתי המדידות באמת לא מסכימות. יכול להיות שההבדלים נובעים במקרה מתנודות סטטיסטיות בנתונים או מהשפעות אינסטרומנטליות קטנות שלא נלקחו בחשבון.
אפילו מחברי המחקר היו מציעים כאן זהירות. מדידות ה- DES טרם נבדקו על ידי עמיתים. המסמכים הוגשו לפרסום והתוצאות הוצגו בכנסים, אך מסקנות נחרצות צריכות להמתין עד שייכנסו דוחות השופט.
אז מה העתיד? ל- DES משימה של חמש שנים, מתוכן נרשמו ארבע שנות נתונים. התוצאה שפורסמה לאחרונה משתמשת רק בנתונים של השנה הראשונה. נתונים עדכניים יותר עדיין נותחים. יתר על כן, מערך הנתונים המלא יכסה 5,000 מעלות בשמיים, ואילו התוצאה האחרונה רק משתרעת על 1,500 מעלות ומצביעה רק חצי מהדרך אחורה בזמן. לפיכך, הסיפור ברור שאינו שלם. ניתוח מערך הנתונים המלא לא צפוי להגיע עד 2020 אולי.
עם זאת, הנתונים שנלקחו היום כבר עשויים לגרום לכך שיש מתח אפשרי בהבנתנו את התפתחות היקום. וגם אם המתח הזה נעלם ככל שמנותחים יותר נתונים, שיתוף הפעולה של DES ממשיך לבצע מדידות אחרות. זכור שהאותיות "DE" בשם מייצגות אנרגיה אפלה. קבוצה זו תוכל בסופו של דבר לספר לנו משהו על התנהגותה של אנרגיה אפלה בעבר ועל מה שאנחנו יכולים לצפות לראות בעתיד. המדידה האחרונה היא רק ההתחלה של מה שצפוי להיות זמן מרתק מדעית.
גרסה זו של המאמר פורסמה במקור ב- Live Science.
