אבודים בחלל: האם ריקנות ענקית מפלגת את היקום?

“מתח האבל” בקוסמולוגיה מעלה לאחרונה תהיות לגבי המודל הקוסמולוגי הסטנדרטי

אחת התעלומות הכי גדולות בקוסמולוגיה היא הקצב שבו היקום מתפשט. אפשר לחזות אותו באמצעות המודל הסטנדרטי של הקוסמולוגיה, הנקרא למדא- חומר אפל קר (ΛCDM). המודל הזה מבוסס על תצפיות מפורטות של האור שנשאר מהמפץ הגדול – מה שמכונה קרינת הרקע הקוסמית (CMB).

התפשטות היקום גורמת לגלקסיות להתרחק זו מזו. ככל שהן רחוקות יותר מאיתנו, הן נעות מהר יותר. היחס בין המהירות והמרחק של גלקסיה נקבע על ידי “קבוע האבל”, שהוא בערך 70 ק”מ בשנייה למגה-פארסק (יחידת מידה באסטרונומיה). המשמעות היא שגלקסיה מוסיפה בערך 80,000 קמ”ש לכל מיליון שנות אור של מרחק מאיתנו.

אבל לרוע מזלו של המודל הסטנדרטי,  לאחרונה יש מחלוקת לגבי הערך הזה, שגרמה למה שהמדענים מכנים “מתח האבל”. כשאנו מודדים את קצב ההתפשטות באמצעות גלקסיות וסופרנובות קרובות, הוא גדול ב-10% מאשר החיזוי המבוסס על CMB.

במאמר החדש מוצג הסבר אפשרי: אנו חיים בריקנות ענקית בחלל (מרחב עם צפיפות מתחת לממוצע). המחברים מראים שזה יכול לנפח מדידות מקומיות באמצעות זרימות של חומר מתוך הריקנות. זרימות כאלה יופיעו כאשר אזורים צפופים יותר המקיפים ריקנות קורעים אותה לגזרים – הם מפעילים משיכת כבידה גדולה יותר מאשר החומר הפחות צפוף שבתוך הריקנות.

בתרחיש הזה, נצטרך להיות קרוב למרכז של ריקנות שהרדיוס שלה בערך מיליארד שנות אור והצפיפות בערך 20% מתחת לממוצע של כלל היקום – כך שלא לגמרי ריק.

ריקנות כה גדולה ועמוקה לא חזויה במודל הסטנדרטי – ולכן שנויה במחלקת. ה-CMB נותנת תמונת מצב של מבנה היקום התינוק, שעולה ממנה שהחומר כיום צריך להיות מפוזר באופן די אחיד. אבל מספירה ישירה של מספר הגלקסיות באזורים שונים אכן עולה שאנו בריקנות מקומית.

החוקרים רצו להמשיך לחקור את הרעיון הזה על ידי התאמת הרבה תצפיות קוסמולוגיות שונות מתוך הנחה שאנו חיים בריקנות גדולה שהתפתחה מתנודת צפיפות קטנה בימים הקדומים.

כדי לעשות זאת, המודל שלהם לא כלל ΛCDM אלא תאוריה חלופית בשם דינמיקה ניוטונית מתוקנת (MOND).

MOND הוצעה במקור כדי להסביר חריגות במהירות הסיבוב של גלקסיות, וזה הוביל לרעיון של חומר בלתי נראה בשם “החומר האפל”. MOND מציעה במקום זאת שאפשר להסביר את החריגות בכך שחוק הכבידה של ניוטון משתבש כשמשיכת הכבידה מאוד חלשה – כפי שקורה באזורים החיצוניים של גלקסיות.

ההיסטוריה הכוללת של התפשטות היקום ב-MOND תהיה דומה למודל הסטנדרטי, אבל מבנה (כגון צבירי גלקסיות) יתפתח מהר יותר ב-MOND. המודל החדש לוכד איך היקום המקומי עשוי להיראות ביקום של MOND, ונמצא שהוא יאפשר תנודה של מדידות מקומיות של קצב ההתפשטות כיום שתלויה במקום שלנו.

תצפיות של גלקסיות מהזמן האחרון אפשרו בדיקה קריטית חדשה של המודל המוצע המבוססת על המהירות שהוא חוזה במקומות שונים. אפשר לעשות זאת על ידי מדידת דבר הנקרא זרימה נפחית, שהיא המהירות הממוצעת של חומר בכדור נתון, צפוף או לא. היא משתנה עם הרדיוס של הכדור, והתצפיות האחרונות מראות שהיא ממשיכה עד מיליארד שנות אור.

מעניין לציין שהזרימה הנפחית של גלקסיות בסדר גודל כזה היא פי ארבעה מהמהירות שחוזה המודל הסטנדרטי. נראה גם שהיא גדלה עם הגודל של האזור הנבדק – בניגוד למה שחוזה המודל הסטנדרטי. הסבירות של התאמה למודל הסטנדרטי היא פחות מאחד למיליון.

זה גרם לחוקרים לבדוק מה המחקר שלהם חוזה לגבי הזרימה הנפחית, ונמצאה התאמה טובה למדי עם התצפיות. זה מחייב שאנו קרובים למדי למרכז הריקנות, ושהריקנות הכי ריקה במרכזה.

התוצאות האלה הגיעו בזמן שהפתרונות הפופולריים למתח האבל בצרות. יש המאמינים שאנו פשוט צריכים מדידות יותר מדויקות. אחרים חושבים שאפשר לפתור את העניין אם נניח שקצב ההתפשטות הגבוה שאנו מודדים באופן מקומי הוא למעשה הקצב הנכון. אבל זה מחייב התאמה קלה של היסטוריית ההתפשטות של היקום הקדום כדי שה-CMB עדיין תיראה בסדר.

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

• “יקום ראי” מקביל בלתי נראה עשוי להיות הסיבה לחילוקי הדעות לגבי קבוע האבל
• “תגליתם של זוכי נובל היא התגלית החשובה ביותר בקוסמולוגיה בעשרות השנים האחרונות”
• מגלי כוכב הלכת הראשון מחוץ למערכת השמש ומפתח התיאוריה הקוסמולוגית זכו במשותף בפרס נובל לפיזיקה
• “זוכה הנובל ג’ים פיבלס הוביל את המחקר התיאורטי בקוסמולוגיה במשך עשורים”
• קולע אבל קצר: ביקורת ספר על ‘תוכנית-אב’