יצירה קדמונית: היקום מתחיל במפץ הגדול, רגע יוצא דופן של אנרגיה עצומה, היווצרות מצית של כל מה שקיים. (© Alla - stock.adobe.com)
בלטימור -כששתיים מהעיניים החזקות ביותר של האנושות על הקוסמוס מסכימות שמשהו מוזר קורה, אסטרונומים נוטים לשים לב. כעת, טלסקופ החלל ג'יימס ווב גבה את מה שהאבל אמר לנו במשך שנים: היקום מתפשט מהר יותר ממה שהפיזיקה הטובה ביותר שלנו יכולה להסביר, ואף אחד לא יודע למה.
מדענים יודעים זה מכבר שהיקום שלנו מתרחב, אבל בדיוק כמה מהר הוא צומח הוא ויכוח מתמשך ומרתק בעולם האסטרונומיה. קצב ההתרחבות, המכונה "קבוע האבל," עוזר למדענים למפות את מבנה היקום ולהבין את מצבו מיליארדי שנים לאחר המפץ הגדול. התגלית האחרונה מעידה על כך שאולי נצטרך לחשוב מחדש על הבנתנו את היקום עצמו.
"הסתירה בין הנצפיםשל היקום והתחזיות של המודל הסטנדרטי מצביעות על כך שהבנתנו את היקום עשויה להיות לא שלמה", אומר חתן פרס נובל והמחבר הראשי אדם ריס, פרופסור מצטיין בלומברג באוניברסיטת ג'ונס הופקינס, בהצהרה. "עם שני טלסקופי דגל של נאס"א שמאשרים כעת את הממצאים של זה, עלינו לקחת את הבעיה הזו ברצינות רבה - זה אתגר אבל גם הזדמנות מדהימה ללמוד יותר על היקום שלנו."
מחקר זה, שפורסם בכתב העת האסטרופיזי, מתבסס על התגלית זוכת פרס נובל של ריס לפיה התפשטות היקום מואצת עקב "אנרגיה אפלה" מסתורית החודרת למרחבים העצומים שבין כוכבים וגלקסיות. תחשוב על היקום המתרחב הזה כמו כיכר לחם צימוקים שתופח בתנור. כשהבצק מתרחב, הצימוקים (המייצגים גלקסיות) מתרחקים זה מזה. אמנם הכוח הזה מרחיק גלקסיות, אבל באיזו מהירות זה קורה בדיוק נותר ויכוח חריף.

במשך למעלה מעשור, מדענים השתמשו בשתי שיטות שונות למדידת קצב ההתרחבות הזה. שיטה אחת מסתכלת על אור עתיק מהיקום המוקדם, כמו בחינת צילום תינוק כדי להבין איך מישהו גדל. השיטה השנייה, שימוש בטלסקופים כדי להתבונן, מסתכל על אירועים קוסמיים עדכניים יותר. שתי השיטות הללו נותנות תשובות שונות באופן משמעותי לגבי כמה מהר היקום מתפשט - ולא רק שונה במקצת.
בעוד שמודלים תיאורטיים חוזים שהיקום אמור להתפשט במהירות של כ-67-68 ק"מ לשנייה למגה-פארסק (יחידת מרחק קוסמי), תצפיות טלסקופ מראות באופן עקבי קצב מהיר יותר של 70-76 ק"מ לשנייה למגה-פארסקה, בממוצע סביב 73. אי התאמה היא מה שמדענים מכנים "."
כדי לעזור בפתרון התעלומה הזו, פנו החוקרים ל-, מצפה החלל החזק ביותר שנבנה אי פעם. "נתוני Webb הם כמו להסתכל על היקום בחדות גבוהה בפעם הראשונה ובאמת משפרים את האות לרעש של המדידות", אומר סיאנג לי, סטודנט לתואר שני באוניברסיטת ג'ונס הופקינס שעבד על המחקר.
הראייה הסופר-חדה של ווב אפשרה לו לבחון את המרחקים הקוסמיים הללו פנימה. הטלסקופ הסתכל על כשליש מהגלקסיות שהאבל חקר בעבר, תוך שימוש בגלקסיה סמוכה בשם NGC 4258 כנקודת ייחוס - כמו שימוש בנקודת ציון ידועה למדידת מרחקים אחרים.
החוקרים השתמשו בשלוש שיטות שונות למדידת המרחקים הקוסמיים הללו, שכל אחת מהן פועלת כבדיקה עצמאית של האחרות. ראשית, הם צפו בכוכבים פועמים מיוחדים הנקראים משתני Cepheid, אשר אסטרונומים מחשיבים את "תקן הזהב" למדידת מרחקים בחלל. כוכבים אלה מתבהרים ומתעממים בתבנית מדויקת שחושפת את הבהירות האמיתית שלהם, מה שהופך אותם לאמות מידה קוסמיות אמינות. הצוות גם בחן את כוכבי הענק האדומים הבהירים ביותר בכל גלקסיה וצפה בכוכבים מיוחדים עשירים בפחמן, וסיפקו שתי דרכים נוספות לאימות המדידות שלהם.

כשהם שילבו את כל התצפיות הללו, הם מצאו משהו מדהים: כל שלוש השיטות הצביעו על תוצאות כמעט זהות, כאשר המדידות של ווב תואמות כמעט בדיוק את של האבל. ההבדלים בין המדידות היו פחות מ-2% - הרבה יותר קטן מהפער של 8-9% בערך שיוצר את מתח האבל.
ההסכם הזה אולי נראה כמו אישור פשוט, אבל הוא למעשה מעמיק את ההסכם של האסטרונומיה. מדענים מאמינים כעת שהפער הזה עשוי להצביע על חלקים חסרים בהבנתנו את הקוסמוס. מחקרים אחרונים גילו שרכיבים מסתוריים הנקראים חומר אפל ואנרגיה אפלה מהווים כ-96% מתכולת היקום ומניעים את התפשטותו המואצת. אולם אפילו המרכיבים האקזוטיים הללו אינם מסבירים במלואם את המתח האבל.
"הסבר אפשרי אחד למתח האבל יהיה אם היה חסר משהו בהבנתנו את היקום המוקדם, כמו מרכיב חדש של החומר - אנרגיה אפלה מוקדמת - שנתן ליקום בעיטה בלתי צפויה לאחר המפץ הגדול", מסביר מארק. קמיונקובסקי, קוסמולוגית ג'ונס הופקינס. "ויש עוד רעיונות, כמו מצחיקים, חלקיקים אקזוטיים, מסת אלקטרונים משתנה או שדות מגנטיים ראשוניים שעשויים לעשות את העבודה. לתיאורטיקנים יש רישיון להיות די יצירתי."
בין אם הפאזל הקוסמי הזה מוביל אותנו לגלות צורות חדשות של אנרגיה, חלקיקים אקזוטיים או פיזיקה חדשה לגמרי, דבר אחד בטוח: היקום מרחיב את ההבנה שלנו באותה בטחון שהוא מרחיב את עצמו. ובזכות ווב והאבל, אנחנו ביחד בנסיעה.
סיכום נייר
מֵתוֹדוֹלוֹגִיָה
צוות המחקר השתמש במדגם הגדול ביותר של נתוני Webb שנאסף במהלך השנתיים הראשונות שלו בחלל. הם התמקדו במיוחד בגלקסיות שאירחו בעבר סופרנובות - פיצוצי כוכבים מבריקים המשמשים כסמני מרחק קוסמיים. תוך שימוש בשלוש טכניקות המדידה השונות שלהם (משתני קפאיד, כוכבי ענק אדומים וכוכבים עשירים בפחמן), הם השוו בקפידה את המדידות של ווב עם תצפיות קודמות של האבל באותן גלקסיות.
תוצאות
הדיוק של המדידות של ווב היה מרשים - ההבדלים בין המדידות שלו לזה של האבל היו פחות מ-2%, קטן בהרבה מהפער של 8-9% בערך שיוצר את המתח של האבל. כאשר כל המדידות שולבו, ווב מצא שהיקום מתפשט במהירות של 72.6 קילומטרים לשנייה למגה-פארסקה, קרוב להפליא למדידה של האבל של 72.8 עבור אותן גלקסיות.
מגבלות
למרות פורץ הדרך, למחקר היו כמה אילוצים. ווב יכול להשתמש רק בגלקסיית ייחוס אחת (NGC 4258) במקום בארבע נקודות הייחוס שהאבל השתמש בה. בנוסף, ווב בדק כשליש מדגימת הגלקסיה המלאה של האבל. עם זאת, אפילו עם מגבלות אלה, הדיוק של המדידות היה מדהים.
דיון וטייק אווי
מחקר זה מראה בהחלט שהמתח האבל אינו נובע משגיאות מדידה אלא מצביע על משהו מהותי ביקום שהתיאוריות הנוכחיות שלנו לא מסבירות. זה עשוי לדרוש פיזיקה חדשה או תיקונים רדיקליים להבנתנו את הקוסמוס, מהטבע של האנרגיה האפלה ועד למאפיינים של חלקיקים תת-אטומיים.
מימון וגילויים
הפרויקט השאפתני הזה הפגיש מדענים ממוסדות רבים, כולל אוניברסיטת ג'ונס הופקינס, המכון למדע טלסקופ החלל, אוניברסיטת דיוק ועוד כמה מרכזי מחקר. העבודה זכתה לתמיכה ממקורות שונים, כולל משרד האנרגיה, קרן דייוויד ולוסייל פקארד וקרן טמפלטון, מה שמוכיח את העניין המדעי הרחב בפתרון התעלומה הקוסמית הזו.
StudyFinds יוצאת למצוא מחקר חדש שמדבר לקהל המוני - בלי כל הז'רגון המדעי. הסיפורים שאנו מפרסמים הם גרסאות מחקריות ניתנות לעיכול, שנועדו ליידע את הקורא וגם לעורר ויכוח אזרחי ומשכיל. מאמרי צוות StudyFinds נעזרים בבינה מלאכותית, אך תמיד נבדקים ונערכים ביסודיות על ידי איש צוות של Study Finds. קרא את מדיניות הבינה המלאכותית שלנו למידע נוסף.