תצפיות חדשות בסופרנובות הפולטות כמות אור קבועה מחדדות הוויכוח סביב התפשטות היקום
אבישי גל-ים, הארץ
תצלום: נאס”א
כשבני האדם התבוננו בשמי הלילה בשחר ההיסטוריה, דמו בעיניהם
מערכות הכוכבים ומזלות השמים לאלים. התפישה כי היקום נצחי,
ומשובץ כוכבים בלתי משתנים, המשיכה לשלוט בכיפה עד לראשית המאה
ה-.20
כיום אנו יודעים כי הכוכבים אינם נצחיים: הם “נולדים” מענני גז
בין-כוכביים הקורסים תחת השפעת הכבידה; מתפתחים, ובתוך כך
ממירים כמויות אדירות של אנרגיה גרעינית לקרינה, כמו אורה של
השמש; ולבסוף, כאשרכלה חומר הדלק הגרעיני שלהם, הם מתים. יש
כוכבים, כמו השמש שלנו, הצפויים למות “מוות שקט” – להתקרר
ולדעוך אט אט אל תוך החשיכה הבין-כוכבית. אולם כוכבים אחרים,
כאלה שמסתם גדולה מאוד או שיש להם בן זוג קרוב, עשויים למות
מוות דרמטי וזוהר בהרבה: חייהם מסתיימים בפיצוץ עז שבו משתחררת
כמות עצומה של אנרגיה וחלק ניכר של הכוכב נקרע לגזרים ומועף
לכל עבר. פיצוץ כזה מכונה “סופרנובה”. כוכב שנהפך לסופרנובה
עשוי להאיר במשך כמה שבועות בעוצמה השקולה לזו של מיליארדי
כוכבים כמו השמש – אורו עשוי להאפיל על אורה של הגלקסיה כולה.
בשנת 1054 התפוצצה סופרנובה בחלק של הגלקסיה שהוא קרוב יחסית
לכדור הארץ – במרחק של 6,500 שנות אור ממנו. אורה של ההתפוצצות
היה כה עז, שאסטרונומים סינים שתיארו את “הכוכב החדש” שהופיע
לפתע דיווחו כי שלושה חודשים לאחר הופעתו אפשר היה להבחין
באורו במשך היום. שרידי התפוצצות זו, המכונים “ערפילית הסרטן”,
הם אחד מגרמי השמים היפים ביותר המוכרים לנו כיום.
האסטרופיסיקה המודרנית מלמדת כי סופרנובות הן כור ההיתוך
הקוסמי שבו הותכו המימן וההליום, המהווים את מרבית החומר
ביקום, ליסודות כבדים יותר כמו פחמן, חמצן, צורן וברזל.
האטומים המרכיבים את כוכב הלכת שלנו ואותנו עצמנו נוצרו לפני
מיליארדי שנים, כאשר כוכב עתיק גווע ומת בהתפוצצות סופרנובה.
במובן זה כולנו מורכבים מ”אבק כוכבים”.
סיוע במדידת מרחקים ביקום
בשנים האחרונות מעורר חקר הסופרנובות עניין רב לא רק בקרב
חוקרי התפתחות הכוכבים, אלא גם בקרב הקוסמולוגים – המדענים
החוקרים את מבנה היקום, מנגנוני היווצרותו ואופני התפתחותו.
הסיבה לכך היא הגילוי כי סוג מסוים של סופרנובות הוא אחיד
מאוד: כמות האור הנפלט בהתפוצצויות מסוג זה קבוע כמעט לחלוטין.
עצמים כאלה מכונים “נרות סטנדרטיים”, והם יכולים לסייע
לקוסמולוגים במשימה הנשמעת פשוטה, אך למעשה היא קשה מאוד:
למדוד מרחקים.
כשאסטרונום צופה בעצם שאורו מועט ביותר, קשה לו מאוד לקבוע אם
זהו עצם קרוב שפולט מעט אור, או עצם בהיר שכמות האור המועטה
שמתקבלת ממנו נובעת מכך שהוא מרוחק מאוד. הדבר דומה למלח
המתבונן מסיפונה של ספינה באור קלוש מבליח באפילה: קשה לו לומר
אם זהו אורו של פנס קטן המותקן על גבי סירת דייגים קטנה השטה
בקרבתו, או אורו של זרקור רב עוצמה של מגדלור על חוף מרוחק.
אם אסטרונום צופה בעצם מסוים, כגון סופרנובה, אשר פולט כמות
ידועה של אור – כלומר, הוא “נר סטנדרטי” – הוא יכול להסיק
מכמות האור שאותה הוא מודד את מרחקו של המקור. כאשר מתגלה
סופרנובה שהיא “נר סטנדרטי” בגלקסיה מסוימת, יכולים
האסטרונומים למדוד את המרחק לגלקסיה זו בדיוק רב. מדידות כאלה
מאפשרות למפות את התפלגות הגלקסיות והכוכבים ביקום, ולהסיק מכך
מסקנות יסודיות ביותר לגבי טיבו של היקום.
מה אפשר ללמוד ממרחקן של גלקסיות? כדי לענות על כך עלינו לשוב
לתחילת המאה ה-20 ולמחקריו של האסטרונום הדגול אדווין האבל.
כאמור, עד לתקופה זו היה מקובל להניח שהיקום הוא נצחי ובלתי
משתנה. האבל גילה כי היקום מתפשט: הגלקסיות שבהן צפה התרחקו זו
מזו לכל עבר. יותר מכך, האבל גילה כי ככל שהגלקסיה שבה צפה
מרוחקת יותר, מהירות התרחקותה מאיתנו גבוהה יותר. חוק חשוב זה,
שעליו מושתתת הקוסמולוגיה המודרנית, נקרא “חוק האבל”.
כדי למדוד את המרחקים לגלקסיות שבהן צפה השתמש האבל בכוכבים
הנקראים “קפאידים”, שעוצמת אורם משתנה באופן מחזורי סביב ערך
ממוצע מסוים, כך שאפשר לכייל אותם כ”נרות סטנדרטיים”. אולם
שיטה זו מוגבלת: אפשר לזהות כוכבים קפאידים רק בגלקסיות קרובות
יחסית. בגלקסיות מרוחקות יותר, אי אפשר לזהות את הכוכבים
המשתנים מבין מיליארדי הכוכבים המקיפים אותם. כדי להמשיך את
המדידות בשיטתו של האבל למרחקים גדולים יותר יש צורך בנר
סטנדרטי בהיר יותר – כמו סופרנובה.
התפשטות היקום מואצת
בשלוש השנים האחרונות פירסמו שתי קבוצות בינלאומיות של
אסטרונומים – “פרויקט הסופרנובות הקוסמולוגי” בהנהגת ד”ר שאול
פרלמוטר ממעבדות לורנס ברקלי בקליפורניה, וקבוצה מתחרה בראשותו
של האסטרונום האוסטרלי בריאן שמידט – מדידות המתבססות על
תצפיות בסופרנובות מרוחקות מאוד, שאותן גילו באמצעות הטלסקופים
הטובים ביותר שבנמצא כיום. מניתוח עוצמת אורן של הסופרנובות
המרוחקות והשוואתן עם סופרנובות קרובות, אפשר, אם מניחים שהן
“נרות סטנדרטיים”, לקבוע לא רק כי היקום מתפשט, אלא גם אם יש
שינוי בקצב ההתפשטות. החוקרים חישבו מה היתה צפויה להיות
בהירותן של הסופרנובות המרוחקות אם היקום מתפשט בקצב קבוע. לו
היתה התפשטות היקום בעבר מהירה יותר, טענו החוקרים, ובינתיים
הואטה, הרי שהסופרנובות אמורות להיות קרובות יותר מהמצופה,
ולכן גם בהירות יותר.
יש מקום לצפות להאטה שכזו: בין כל חלקי היקום פועל כוח המשיכה,
אשר השפעתו פועלת לקרב את כל הגופים ביקום זה לזה. ההשפעה
הכוללת של כוח המשיכה אמורה לכן לגרום לכך שקצב התפשטות היקום
ילך וירד. מכיוון שעוצמתו של כוח המשיכה נחלשת ככל שהיקום
מתפשט והמרחק בין כל חלקיו גדל, אי אפשר לומר בוודאות אם
השפעתו תהיה חזקה דיה לעצור את התפשטות היקום לחלוטין או לא.
אולם בכל מקרה, החוקרים ציפו למצוא כי קצב ההתפשטות יורד
והסופרנובות בהירות יותר.
להפתעתם מצאו שתי הקבוצות, כל אחת בנפרד, כי הסופרנובות שגילו
היו חיוורות יותר, בצורה ניכרת, משציפו. המסקנה המיידית מכאן
היא כי התפשטות היקום מואצת: קצב התפשטות היקום כיום גדול מקצב
התפשטותו בעבר. כיצד אפשר להסביר את התוצאות הללו? מה גורם
ליקום להאיץ, כנגד השפעת כוח הכבידה?
חברי שתי הקבוצות וקוסמולוגים רבים נוספים טוענים כי היקום אכן
מתפשט בקצב מואץ, וכי ביקום קיים רכיב חדש בעל תכונות מוזרות,
אשר אחראי להאצת קצב ההתפשטות: רכיב זה מכונה בפיהם “אנרגיה
אפלה”. אסטרונומים אחרים חולקים על תקפות הטענות הללו: ייתכן,
הם טוענים, כי הסופרנובות המרוחקות חיוורות יותר מכיוון שחלק
מאורן נבלע על ידי אבק בין-כוכבי הנמצא בינינו לבינן, או שאולי
הסופרנובות אינן “נרות סטנדרטיים” כלל ועיקר.
