בדיוק כשאנחנו חושבים שאנחנו מבינים את היקום די טוב, באו כמה אסטרונומים שיגדילו את הכל. במקרה זה, משהו חיוני לכל מה שאנחנו יודעים ורואים הופנה על ראשו: קצב ההתפשטות של היקום עצמו, המכונה קבוע האבל.
צוות אסטרונומים שהשתמש בטלסקופ האבל קבע כי קצב ההתפשטות מהיר בין חמישה לתשעה אחוזים מכפי שנמדד בעבר. קבוע האבל אינו סקרנות שניתן לגנוז עד להתקדמות המדידה הבאה. זהו חלק מעצם טבעו של כל מה שקיים.
"ממצא מפתיע זה עשוי להיות רמז חשוב להבנת אותם חלקים מסתוריים ביקום המהווים 95 אחוז מכל דבר ואינם פולטים אור, כמו אנרגיה אפלה, חומר אפל וקרינה כהה", אמרו מנהיג המחקר וחתן פרס נובל. אדם רייס ממכון המדע לטלסקופ החלל ומאוניברסיטת ג'ונס הופקינס, שניהם בבולטימור, מרילנד.
אבל לפני שנכנס לתוצאות המחקר הזה, בואו ונגבה מעט ונראה כיצד נמדד קבוע האבל.
מדידת קצב ההתרחבות של היקום היא עסק קשה. בעזרת התמונה בחלקו העליון זה עובד כך:
- בתוך שביל החלב, טלסקופ האבל משמש למדידת המרחק למשתני קפיד, סוג של כוכב פועם. Parallax משמש לשם כך, והפראלקס הוא כלי בסיסי לגאומטריה, המשמש גם בסקר. אסטרונומים יודעים מה הבהירות האמיתית של Cepheids, כך שהשוואה לכך שהבהירות לכאורה שלהם מכדור הארץ נותנת מדידה מדויקת של המרחק בין הכוכב לנו. קצב פעימותם מכוונן גם את חישוב המרחק. משתני Cepheid נקראים לעתים "מקלות מידה קוסמיים" מסיבה זו.
- ואז אסטרונומים מפנים את הכוונת שלהם לגלקסיות אחרות הסמוכות המכילות לא רק משתני Cepheid, אלא גם סופרנובה מסוג 1a, עוד כוכב מובן היטב. Supernovae אלה, שהם כמובן כוכבים מתפוצצים, הם עוד מדד אמין לאסטרונומים. המרחק לגלקסיות אלה מתקבל על ידי שימוש בספידים למדידת הבהירות האמיתית של הסופרנובות.
- בשלב הבא, אסטרונומים מכוונים את האבל אל הגלקסיות המרוחקות עוד יותר. אלה כל כך רחוקים, עד שלא ניתן לראות כל קפאידים בגלקסיות הללו. אבל סופרנובות מסוג 1a כה בהירות עד שניתן לראותן, אפילו במרחקים עצומים אלה. לאחר מכן, אסטרונומים משווים את הבהירות האמיתית והכאורה לכאורה של הסופרנובות כדי למדוד למרחק שבו ניתן לראות את התרחבות היקום. האור מהסופרנובות הרחוקות "מוזז באדום", או נמתח, על ידי התרחבות המרחב. כאשר משווים את המרחק הנמדד עם משמרת האור האדומה, הוא מניב מדידה של קצב התפשטות היקום.
- קחו נשימה עמוקה וקראו את כל זה שוב.
החלק הגדול בכל זה הוא שיש לנו מדידה מדויקת עוד יותר של קצב ההתפשטות של היקום. אי הוודאות במדידה יורדת ל 2.4%. החלק המאתגר הוא שקצב ההתרחבות הזה של היקום המודרני לא נובע מהמדידה מהיקום הקדום.
קצב ההתפשטות של היקום המוקדם מתקבל משמאל על ידי קרינת המפץ הגדול. כאשר אותה זרימה קוסמית נמדדת על ידי ווילקינס אנלוטרופי מיקרוגל (NASAP) של נאס"א (WMAP) ולוויין פלאנק של ESA, היא מניבה קצב התפשטות קטן יותר. אז השניים לא מתיישרים. זה כמו לבנות גשר, שם הבנייה מתחילה בשני הקצוות ואמורה להתיישר עד שתגיע לאמצע. (אזהרה: אין לי מושג אם גשרים בנויים ככה.)
"אתה מתחיל בשני קצוות, ואתה מצפה להיפגש באמצע אם כל הרישומים שלך צודקים והמידות שלך צודקות," אמר רייס. "אבל עכשיו הסופים לא ממש נפגשים באמצע ואנחנו רוצים לדעת למה."
"אם אנו יודעים את הכמויות הראשוניות של הדברים ביקום, כמו אנרגיה אפלה וחומר אפל, ויש לנו את הפיזיקה נכונה, אתה יכול לעבור ממדידה בזמן זמן קצר לאחר המפץ הגדול ולהשתמש בהבנה כדי לחזות כיצד מהר שהיקום צריך להתרחב היום, "אמר רייס. "עם זאת, אם אי התאמה זו מתמשכת, נראה שאולי אין לנו את ההבנה הנכונה, וזה משנה עד כמה קבוע האבל צריך להיות כיום."
מדוע לא הכל מסתכם זה החלק המהנה, ואולי המטריף, זה.
מה שאנו מכנים אנרגיה אפלה הוא הכוח שמניע את התפשטות היקום. האם אנרגיה אפלה מתחזקת? או מה דעתך על Dark Matter, שכולל את רוב המסה ביקום. אנחנו יודעים שאנחנו לא יודעים הרבה על זה. אולי אנחנו יודעים אפילו פחות מזה, ואופיו משתנה עם הזמן.
"אנו יודעים כל כך מעט על החלקים האפלים ביקום, חשוב למדוד כיצד הם דוחפים ומושכים חלל על פני ההיסטוריה הקוסמית", אמר לוקאס מקרי מאוניברסיטת טקסס A&M בטקס סטיישן, משתף פעולה מרכזי במחקר.
הצוות עדיין עובד עם האבל בכדי להפחית את אי הוודאות במדידות של קצב ההתרחבות. מכשירים כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב וטלסקופ אירופאי גדול במיוחד עשויים לעזור לחדד את המדידה עוד יותר ולעזור לטפל בבעיה משכנעת זו.
