טלסקופי החלל 'ווב' ו'האבל' מאשרים את שיעור התפשטות היקום, החידה נמשכת

תצפיות 'ווב' מספקות תובנות חדשות על תעלומה שנמשכת כבר עשור

שיעור התפשטות היקום, הידוע כקבוע האבל, הוא אחד הפרמטרים הבסיסיים להבנת ההתפתחות והגורל הסופי של היקום. עם זאת, קיים הבדל מתמשך, הנקרא מתח האבל, בין הערך של הקבוע שנמדד באמצעות מגוון רחב של מדדי מרחק עצמאיים לבין הערך החזוי שלו מהזוהר שלאחר המפץ הגדול. טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א/ESA/CSA אישר כי עינו החדה של טלסקופ החלל 'האבל' הייתה נכונה כל הזמן, ומחק כל ספק שנותר לגבי מדידותיו של 'האבל'.

אחת ההצדקות המדעיות לבניית טלסקופ החלל 'האבל' של נאס"א/ESA הייתה להשתמש בכוח התצפית שלו כדי לספק ערך מדויק לשיעור התפשטות היקום. לפני השיגור של 'האבל' בשנת 1990, תצפיות מטלסקופים מבוססי קרקע הניבו אי ודאויות גדולות. בהתאם לערכים שהוסקו לשיעור ההתפשטות, היקום יכול היה להיות בין 10 ל-20 מיליארד שנים. במהלך 34 השנים האחרונות 'האבל' הקטין מדידה זו לדיוק של פחות מאחוז אחד, והגיע לגיל של 13.8 מיליארד שנים. נתון זה הושג על-ידי עדכון מה שנקרא 'סולם המרחק הקוסמי' על-ידי מדידת סמני דרך חשובים המכונים – כוכבים משתנים קפאידיים.

עם זאת, קבוע האבל אינו תואם למדידות אחרות שמרמזות שהיקום התפשט מהר יותר לאחר המפץ הגדול. תצפיות אלה נעשו על-ידי לוויין פלאנק של ESA, אשר מיפה את קרינת הרקע הקוסמית – תוכנית האב של איך היקום יתפתח לאחר שהתקרר מהמפץ הגדול.

הפתרון הפשוט לדילמה היה לומר שאולי תצפיות 'האבל' שגויות, כתוצאה מאי דיוק כלשהו במדידות שלו של מדדי העומק של החלל. ואז הגיע טלסקופ החלל ג'יימס ווב, שאיפשר לאסטרונומים לבדוק את התוצאות של 'האבל'. התצפיות של 'ווב' בתחום האינפרא-אדום של הקפאידים התאימו לנתוני האור הנראה של 'האבל'. 'ווב' אישר כי עינו החדה של טלסקופ 'האבל' הייתה נכונה כל הזמן, ומחק כל ספק שנותר לגבי מדידותיו של 'האבל'.

בשורה התחתונה, מתיחות האבל בין מה שקורה ביקום הקרוב לעומת התפשטות היקום המוקדם נשארת תעלומה מטרידה עבור קוסמולוגים. ייתכן שיש משהו נסתר במבנה החלל שאנחנו עדיין לא מבינים.

האם פתרון התעלומה הזו דורש פיזיקה חדשה? או שמא מדובר בשגיאות מדידה בין שתי השיטות השונות המשמשות לקביעת שיעור ההתפשטות של החלל?

'האבל' ו'ווב' שיתפו פעולה כעת להפקת מדידות סופיות, מה שמחזק את המקרה שמשהו אחר – לא שגיאות מדידה – משפיע על שיעור ההתפשטות.

"עם שלילת שגיאות המדידה, מה שנותר הוא האפשרות שיש לנו הבנה מוטעית של היקום," אמר אדם ריס, פיזיקאי מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס בבולטימור. ריס מחזיק בפרס נובל על גילוי העובדה שהתרחבות היקום מואצת, הודות לתופעה מסתורית המכונה כיום 'אנרגיה אפלה'.

כבדיקה צולבת, תצפית ראשונית של 'ווב' ב-2023 אישרה שמדידות 'האבל' של היקום המתרחב היו מדויקות. עם זאת, בתקווה להקל על מתיחות האבל, כמה מדענים שיערו ששגיאות מדידה נסתרות עשויות לגדול ולהיות נראות לעין ככל שאנו מתבוננים עמוק יותר ביקום. בפרט, התקבצויות של כוכבים עשויות להשפיע על מדידות הבהירות של כוכבים מרוחקים יותר בצורה שיטתית.

צוות SH0ES (Supernova H0 for the Equation of State of Dark Energy), בהובלת ריס, השיג תצפיות נוספות עם 'ווב' של אובייקטים שהם סמני דרך קוסמיים קריטיים, המכונים כוכבים משתנים קפאידיים, אשר כעת ניתן לקשרם לנתוני האבל.

"פרסנו כעת את כל טווח המדידות של 'האבל' ואנחנו יכולים לשלול שגיאת מדידה כסיבה למתח האבל בביטחון רב," אמר ריס.

תצפיות 'ווב' הראשונות של הצוות ב-2023 הצליחו להראות ש'האבל' היה בכיוון הנכון בקביעת האמינות של השלבים הראשונים של סולם המרחק הקוסמי.

אסטרונומים משתמשים בשיטות שונות למדידת מרחקים יחסיים ביקום, בהתאם לאובייקט הנצפה. באופן קולקטיבי, טכניקות אלו ידועות כסולם המרחק הקוסמי – כל שלב או טכניקת מדידה מסתמכים על השלב הקודם לצורך כיול.

אך כמה אסטרונומים הציעו, שכאשר נעים החוצה לאורך ה'שלב השני', סולם המרחק הקוסמי עשוי להיות רעוע אם מדידות הקפאידים הופכות לפחות מדויקות עם המרחק. אי דיוקים כאלה יכולים להתרחש מכיוון שהאור של כוכב קפאידי יכול להתמזג עם זה של כוכב סמוך – אפקט שיכול להתבלט יותר עם המרחק ככל שהכוכבים מצטופפים זה לזה בשמיים והופכים קשים יותר להבחנה זה מזה.

האתגר התצפיתי הוא שתמונות 'האבל' של הקפאידים הרחוקים יותר נראות יותר צפופות ומחוברות עם כוכבים סמוכים ככל שהמרחק בינינו לבין הגלקסיות המארחות שלהם גדול יותר, מה שמחייב חישובים קפדניים לאפקט זה. בנוסף, אבק מגדיל את אי הוודאות של המדידות באור הנראה. 'ווב' עובר דרך האבק ומבודד באופן טבעי את הקפאידים מכוכבים סמוכים מכיוון שראייתו חדה יותר מזו של 'האבל' באורכי גל אינפרא-אדום.

"שילוב של 'ווב' ו'האבל' נותן לנו את הטוב משני העולמות. אנו מוצאים שמדידות 'האבל' נשארות אמינות ככל שאנו מטפסים רחוק יותר לאורך סולם המרחק הקוסמי," אמר ריס.

התצפיות החדשות של 'ווב' כוללות חמש גלקסיות מארחות של שמונה סופרנובות מסוג Ia המכילות בסך הכל 1000 קפאידים, ומגיעות עד לגלקסיה הרחוקה ביותר בה נמדדו קפאידים היטב – NGC 5468, במרחק של 130 מיליון שנות אור. "זה מקיף את כל הטווח שבו ביצענו מדידות עם 'האבל'. אז הגענו לסוף השלב השני של סולם המרחק הקוסמי," אמר מחבר שותף גאגנדיפ אנאנד ממכון מדעי טלסקופי החלל בבולטימור, המפעיל את טלסקופי 'ווב' ו'האבל' עבור נאס"א.

יחד, האישור של 'האבל' ו'ווב' על מתיחות האבל מאפשר למצפי כוכבים אחרים לפתור את התעלומה, כולל טלסקופ החלל הקרוב של נאס"א ננסי גרייס רומן ומשימת אוקליד שהושקה לאחרונה על-ידי ESA.

כיום זה כאילו סולם המרחק שצפו בו 'האבל' ו'ווב' הציב נקודת עיגון איתנה על אחת מגדות הנהר, והזוהר שלאחר המפץ הגדול שנצפה על-ידי פלאנק מתחילת היקום ממוקם איתן בצד השני. כיצד השתנתה התפשטות היקום במיליארדי השנים בין שתי נקודות קצה אלו טרם נצפה ישירות. "אנחנו צריכים לגלות אם אנחנו מפספסים משהו כיצד לחבר את תחילת היקום עם הזמן הנוכחי," אמר ריס.

ממצאים אלו פורסמו בכתב העת The Astrophysical Journal Letters.  

עוד בנושא באתר הידען:

• טלסקופי ווב והאבל מאשרים את קצב התפשטות היקום, החידה נשארת
• עתיד מלא חששות ותקוות
• טלסקופ החלל 'ווב' גילה גלקסיות במרחק 33 מיליארד שנות אור שמאתגרות תיאוריות אסטרונומיות
• טלסקופ החלל ווב מציץ לתוך כאוס – לוכד התעמלות כוכבית בגלקסיית הגלגל
• "תופעת האצת התפשטות היקום היא תופעה שהיא נצפית וכולם משוכנעים עכשיו שהיא אמיתית אבל אף אחד לא מבין אותה"