ייתכן שהיקום אינו אחיד – אוקלידס יתחקה אחר הטיות כיווניות

מדענים משתמשים בעיוותים קוסמיים באור כדי לבדוק רעיון נועז: ייתכן שהעולם לא סימטרי כפי שסבורים מזמן. אם אוקלידס יאתר את הדפוסים מהסוג הנכון, הוא יוכל לגלות כיוון או הטיה נסתרים בחלל עצמו.

מה אם אחת מההנחות הכי יסודיות בקוסמולוגיה – שהיקום נראה אותו הדבר בכל הכיוונים – למעשה לא נכונה?

מאתגרים הנחות קוסמיות

"העיקרון הקוסמולוגי הוא מעין סוג של הצהרת ענווה אולטימטיבית", אומר ג'יימס אדם, אסטרופיזיקאי מדרום אפריקה והמחבר הראשי של מחקר חדש. העיקרון הזה אומר שלא רק שאנחנו לא מרכז היקום, אין בכלל מרכז. הוא מניח גם שהיקום איזוטרופי, כלומר הוא נראה אותו הדבר בכל כיוון, והומוגני, כלומר החומר מפוזר באופן אחיד בקני מידה גדולים.

הרעיונות האלה הם הבסיס של המודל הסטנדרטי של הקוסמולוגיה, המסגרת הכי טובה שלנו להבנת המקור, המבנה וההתפתחות של היקום. יש אמנם הוכחות רבות שתומכות במודל הזה, אבל הוא עדיין תהליך שלא הושלם.

העיקרון הקוסמולוגי מניח שהיקום איזוטרופי – כלומר שהחלל נראה אותו הדבר בכל הכיוונים. העיקרון הקוסמולוגי מניח שהיקום איזוטרופי – כלומר שהחלל נראה אותו הדבר בכל הכיוונים. אם יימצאו אנאיזוטרופיות (חריגות בכמה תצפיות כמו עידוש כבידתי או קרינת הרקע הקוסמית), זה יצביע על כך שקיימת “הטיה” או “מבנה” נסתר בחלל, שהיקום אינו אחיד לגמרי. מיפוי אנאיזוטרופיה מאפשר למדענים לבדוק תיאוריות לגבי מקור היקום, התפתחותו ותכונות החומר האפל והאנרגיה האפלה.

מיפוי אנאיזוטרופיה מאפשר למדענים לבדוק תיאוריות לגבי מקור היקום, התפתחותו ותכונות החומר האפל והאנרגיה האפלה.

אבל מתצפיות שנעשו לאחרונה עולה שאולי יש חריגות עדינות – אנאיזוטרופיוֹת – בקני המידה הקוסמיים הכי גדולים. זה כולל אי-עקביות במהירות ההתפשטות של היקום, דפוסים בלתי רגילים בקרינת הרקע הקוסמית, ונתונים לא מוסברים אחרים. הממצאים האלה מסקרנים אבל עדיין לא מוחלטים. המדענים צריכים עוד נתונים בלתי תלויים כדי לפסול טעויות מדידה. אם כמה שיטות יגלו את אותם הדפוסים, זה עשוי להיות סימן לשינוי גדול בהבנתנו את היקום.

אוקלידס בודק את היקום

מחקר חדש מציג שיטה חדשנית שבודקת אם היקום באמת איזוטרופי, כלומר אותו הדבר בכל הכיוונים. הגישה שלהם משתמשת בנתונים מהמכשירים הכי חדישים כמו אוקלידס, טלסקופ חלל ששוגר ב-2023. אוקלידס החל לאחרונה לצלם תמונות מאוד מפורטות של הקוסמוס, שיש בהן שילוב חסר תקדים של עוצמה, דיוק ורזולוציה.

"חקרנו שיטה שונה של הגבלת אנאיזוטרופיה, שכללה את מה שמכונה עידוש כבידתי חלש", אומר אדם. עידוש חלש מתרחש כשחומר בינינו ובין גלקסיה מרוחקת מעקם קצת את האור של הגלקסיה, ומשנה את צורתה הנראית. סוג עיוות ספציפי זה יכול לגלות אם קיימות אנאיזוטרופיות ביקום. למעשה, הניתוח של נתוני עידוש חלש מאפשר למדענים להפריד את האות לשני רכיבים: גזירה אופן E, שנוצרת על ידי פיזור של חומר ביקום איזוטרופי והומוגני, וגזירה אופן B, שהיא בדרך כלל מאוד חלשה ולא צריכה להופיע בקני מידה גדולים ביקום אנאיזוטרופי.

צפייה בלבד באופנים B בקני מידה גדולים לא תספיק כדי לאמת אנאיזוטרופיוֹת, כי האותות האלה מאוד חלשים ויכולים לנבוע מטעויות מדידה או השפעות משניות. אם אנאיזוטרופיה היא אמיתית, היא תשפיע על שני האופנים, E ו-B באופן לא בלתי תלוי, ותיצור מיתאם בין שני האותות. רק אם הנתונים מאוקלידס יגלו מיתאם מובהק בין אופנים E ו-B, הם יצביעו על התפשטות אנאיזוטרופית של היקום.

השלב הבא והשלכות אפשריות

במחקרם, אדם ועמיתיו דימו במחשב את ההשפעות של התפשטות של יקום אנאיזוטרופי ופיתחו מודל המתאר איך סטיות מאיזוטרופיה ישנו את האות של העידוש החלש. לאחר מכן הם חישבו את המיתאם הצולב E-B כדי להראות שיקום אנאיזוטרופי יצור מיתאם בין שני האותות, ויישמו את המודל שלהם על נתונים עתידיים מאוקלידס, והראו שהתצפיות האלה יהיו מדויקות מספיק כדי לזהות אנאיזוטרופיות פוטנציאליות.

עוד בנושא באתר הידען:

• טלסקופ החלל של "היקום האפל" אוקלידס משוגר במשימה לחשיפת התעלומות העמוקות ביותר של היקום
• משימת אוקלידס חושפת 1.5 טריליון כוכבים יתומים המשייטים בחלל
• טלסקופ "היקום האפל" של אוקלידס מגלה חלון מדהים של 208 גיגה-פיקסלים לתוך הקוסמוס