בלון ששוגר מחוץ לאטמוספירה חושף את מראה היקום כשהיה בן 300 אלף שנה בלבד * ממצאי שלושה ניסויים חדשים על קרינת הרקע * שלושה מחקרים חדשים על קרינת הרקע הקוסמית סיפקו נתונים כמותיים, בדבר כמות החומר ביקום, שיעור החומר האפל והאנרגיה האפלה
בתמונה: היקום בראשית דרכו מ”בומרנג”. הצבעים השונים מצביעים על הבדלים בטמפרטורת הקרינה בתמונה: באמצעות בלון כזה ששולח לגבהים ביבשת הקוטב הדרומי נמדדו הפרעות בעוצמת קרינת החומר ביקום: ניסוי “בומרנג”
שלושה צוותי מדענים (וגם ביניהם-כמו במחקר המדווח למעלה היה חוקר ישראלי) סיפקו עתה נתונים מספריים על כמות החומר ביקום והערכות כמותיות בדבר שיעור החומר האפל והאנרגיה האפלה. לא על כל הנתונים שהוצגו בכנס החברה האמריקנית לפיסיקה שנערך בחודש שעבר-יש הסכמה. אבל משלוש העבודות עולה כי שיעור החומר הרגיל ביקום הוא רק 5 אחוז. שיעור החומר האפל חושב ל-30 אחוז ושיעור האנרגיה האפלה-65 אחוז.
המדענים שדיווחו על כך עסקו במדידת קרינת הרקע ביקום. העבודות שלהם תמכו בתיאוריה העוסקת ב”יקום האינפלציוני”, הקדום-והאירו לראשונה, את אופן התפתחותן של הפרעות זעירות שחלו בצפיפות היקום הקדום-עד שהתהוו המבנים הגדולים ביותר, שאנו מכירים כיום.
תוצאות משני ניסויים בנושא זה התקבלו מטיסות ממושכות של בלונים; הניסוי השלישי בוצע במכשיר קרקעי הפועל בתחנת המחקר האמריקנית בקוטב הדרומי. קרינת הרקע הקוסמית השתחררה מהצימוד שלה, החומר הבראשיתי-מאות אלפי שנים לאחר “המפץ הגדול”. האירוע היחודי שבו נוצר היקום – התרחש לפני כ-13-12.5 מיליארד שנה.
ברגעיו הראשוניים-כך מתארים זאת המדענים-היה היקום רק ים סוער של חלקיקים וקרינה שהתערבבו אלה באלה, תוך יצירת חלקיקים חדשים וביטולם ההדדי.
הקרינה היתה צמודה לחומר, עקב בליעת פוטונים (חלקיקי האור). נוצרו זוגות של חלקיק ואנטי-חלקיק, והשתחררו פוטונים – במפגשים מקריים של זוגות כאלו. רק כשהאלקטרונים חברו לגרעינים – שנוצרו בשלוש הדקות הראשונות של היקום-יכלו הפוטונים להתפשט, באין מפריע. כיום אפשר לקלוט אותם במכשירי מדידה.
החומר והאנרגיה המעורבבים ביקום המוקדם, יצרו “רקע” כמעט אחיד. גורל ההפרעות בצפיפות, היה דומהבמידת-מה לגלי הקול המתפשטים באוויר: שמתפתחים ונעלמים. כאשר ההפרעה גדולה יותר-הם מתפתחים.
לאחר תקופה מסויימת, הפרעה שאיננה נעלמת ורק גדלה עם הזמן-עלולה לגרום לפיסת חומר להינתק מכל השאר-ולהתכווץ בגלל כוח הכובד העצמי שלו.
מתוך הפרעות ראשונות אלה נולדו, לאחר מאות מיליוני שנים-צבירי הגלקסיות הראשוניים, הנראים כיום כאוסף של אלפי גלקסיות המרוכזות במקום מוגדר, בחלל.
אם רוצים לחקור את מצב ההפרעות ביקום הראשוני, יש לחפשן בשינויים הקלים שחלים בעוצמת הקרינה, בין אזור אחד לאחר, בשמיים. השינוי הקל הזה זו חתימה של הצטופפויות מקומיות של חומר היקום המוקדם.
החללית “קובי” חקרה את קרינת הרקע הקוסמית ומדדה את הטמפרטורה של האזור ממנו נפלטה. היא לא הצליחה לאפיין את השינויים שחלו בעוצמת הקרינה, עקב ההפרדה הזוויתית בגלאים. הללו צילמו תמונה מטושטשת של האזור ממנו נפלטה הקרינה. רק בעזרת כלים חדשים יותר, שפותחו לשם כך-הועמק המחקר הזה.
הכלים החדשים למשימה הזאת ניתלו על בלונים, המשייטים בגובה רב מעל יבשת אנטרקטיקה.
התוצאות הראשונות של אחד מהניסויים הללו-המכונה
“בומרנג”-פורסמו לפני כשנה ואיששו באופן כללי את ההנחות שהצטברו לכלל תמונה, בדבר ההפרעות הראשונות הנ”ל. המסקנה: עיקר ההפרעות התרחש במרחק זוויתי בין הפרעה להפרעה. המרחק הזה כל-כולו בסדר גודל של 1 מעלה (ופירוש הדבר: כפליים מגודל הירח המלא).
אלו היו ההפרעות הגדולות ביותר בקרינה שהשתחררה מהחומר, בשניית התהוות היקום. הגילוי אישר את תורת היקום האינפלציוני וגם את ההנחה שהיקום “שטוח” ומתפשט לעד.
המחקר כולו הוגדר כ”גילוי השנה”. מדידת ההפרעות הקטנות ביותר שחלו בעוצמת הקרינה-המתאימו להפרעות קטנות יותר מאלו שיצרו את הצבירים הגדולים של גלקסיות.
בכנס דיווח צוות פרוייקט “בומרנג” על ההפרעות הקטנות יותר שנמצאו בניסוי- בעקבות עיבוד מחודש של מיכלול הנתונים שנקלטו בבלון שלו. במקביל הוצגו תוצאות הניסוי הקרקעי, שבוצע מהקוטב הדרומי. הן תאמו את אלו של “בומרנג”. כך גם ניסוי נוסף שכונה “מקסימה” ושבו שותף הישראלי ד”ר שאול חנני (כיום באוניברסיטת מינסוטה שבארה”ב).
הנתונים לא רק מאששים את תמונת היקום האינפלציוני-גם מאפשרים לקבוע איזה חלק מתכולת היקום הוא בצורת חומר רגיל (לא קרינה וחלקיקים אקזוטיים, או אנרגיה חופשית). חלק זה חושב לכ-%5 מתכולת היקום.
לעומת זאת המספרים העוסקים בכמות החומר האפל והאנרגיה האפלה-פחות בטוחים. נראה עתה ש-%30 מתכולת היקום הוא חומר אפל (חלקיקים שטבעם אינו ידוע כיום) וכ-%65 מהיקום זו אנרגיה אפלה, השוכנת בחלקיקים שנולדים ומיד מתים בכל מקום ביקום.
צוות בינלאומי של קוסמולוגים פירסם אתמול את התמונה הברורה ביותר של היקום המוקדם, מהעת שבה עדיין לא היה אף כוכב, והחלל היה מלא בגז חם ודחוס. למתבונן לא מיומן, הצילומים נראים כמו אוסף כתמים חסרי משמעות.
מדובר בפרויקט שבמסגרתו שוגר בלון פורח המכונה “בומרנג” אל מעל לאטמוספירה. הנתונים שאספו המכשירים בבלון מספקים לקוסמולוגים אישורים חסרי תקדים לכמה מהתאוריות החשובות ביותר על טבעו של היקום ואופן התפתחותו.
המחקר החדש נראה כאימות המדויק והמפורט ביותר עד כה לתאוריית המפץ הגדול. על פי התאוריה, היקום בראשיתו היה עשוי גז דחוס מאוד. בשלב מסוים התרחשה התפוצצות אדירה, המכונה “המפץ הגדול”, והיקום החל להתפשט. במשך הזמן החלו להיווצר הבדלים בדחיסות החומר שבו. ואכן, ניתוח קרני המיקרוגל העלה תמונה דומה של יקום הומוגני עם סטיות קטנות ביותר במידת דחיסות החומר.
ה”בומרנג” קולט קרני מיקרוגל, המכונות בפי הקוסמולוגים “קרינת הרקע הקוסמית”, שמגיעות לכדור הארץ מקצוות רחוקים של היקום. היות שקרני המיקרוגל מתקדמות במהירות קבועה (מהירות האור) חלק מהקרניים שמגיעות היום לכדור הארץ יצאו לדרכם כשהיקום היה רק בן 300,000 שנים (גילו של היקום היום הוא כ-15-12 מיליארד שנים).
הכתמים שבצילומים משקפים למעשה הבדלי טמפרטורה בקרינת המיקרוגל המגיעה לכדור הארץ מכל הכיוונים בשמיים. הבדלי הטמפרטורה של קרינת המיקרוגל משקפים את היקום בתחילתו: מקומות שבהם טמפרטורת הקרינה גבוהה יחסית, מעידים על צפיפות גבוהה של חומר; מקומות שבהם הטמפרטורה נמוכה יחסית, מעידים כי החומר פחות צפוף.
“תאוריית המפץ הגדול עברה עכשיו מבחן חשוב מאוד”, אומר האסטרופיסיקאי פרופ' אבישי דקל, ראש מכון רקח לפיסיקה באוניברסיטה העברית. “התוצאות החדשות מאששות את המודל הקוסמולוגי הסטנדרטי של מפץ גדול, והתפשטות אינפלציונית בעקבותיו”.
המחקר שהתפרסם אתמול בכתב העת המדעי “,”Nature כבר עורר התרגשות רבה בקרב קוסמולוגים שחיכו לתוצאותיו זמן רב. תוצאה חשובה נוספת מאשרת מודלים תאורטיים שלפיהם היקום “שטוח”, או במונחים אסטרונומיים: שתי קרני אור מקבילות לעולם לא ייפגשו. זאת לעומת אפשרויות אחרות, שהועלו בתורת היחסות הכללית של אינשטיין, שעל פיהן המרחב יכול להיות “עקום” באופנים שונים, כך שקווים מקבילים יכולים להיפגש.
ואולם הצילומים הפתיעו כמה קוסמולוגים גם במה שהם לא הראו: לפי רוב המודלים התאורטיים “בומרנג” אמור היה להבחין גם בהבדלי טמפרטורה קטנים ביותר של קרינת המיקרוגל. “בומרנג” לא הבחין בהם, והחוקרים מנסים לברר היום למה.
{הופיע בעיתון הארץ, 28/4/2000{
מהו גיל היקום?
לאורך שנים רבות נאבקו אסטרונומים כדי לחשב את גיל היקום. הערכותיהם נעו בין 10 ל20- מיליארד שנה, תחום מתסכל מבחינת המרחב שבו. התלבטויות אלה נמשכו עד לשיגור טלסקופ החלל האבל, הקרוי על שם האסטרונום שהחל לפני 70 לחקור את גיל היקום.
אדווין האבל גילה שקצב התרחקות הגלקסיות זו מזו יחסי למרחק שלהן. קצב ההתפשטות קבוע האבל הוא המפתח לחישוב גילו וגודלו של היקום. אבל כדי לזהות את הקבוע באופן חד-משמעי יש לערוך מדידות מדויקות של הגלקסיות המרוחקות.
בחודש מאי 1999 פירסם צוות בראשות וונדי פרימן ממכון קרנגי בוושינגטון הבירה, את תוצאות המדידות שכערכו באמצעות טלסקופ האבל בשמונה השנים שבהן עסק האבל בתצפיות עד אז.
היקום מתפשט בקצב של 21 קילומטרים בשנייה למיליון שנות אור. מכאן שגילו המשוער של היקום הוא 12 מיליארד שנה, בערך כגיל הכוכבים הוותיקים ביותר. המספר החדש פוטר את המדענים מסתירה מביכה: הערכות מוקדמות יותר העלו שהיקום צעיר מגיל כוכביו הקשישים.
“סוף-סוף, אחרי כל השנים הללו”, אומרת פרימן, “נכנסנו לעידן הקוסמולוגיה המדויקת. מעתה נוכל להתפנות לתמונה הרחבה יותר של מוצא היקום, התפתחותו ועתידו”. האם המספר החדש הוא באמת המלה האחרונה? לא בדיוק. בחודש יוני 1999 דיווחו אסטרונומים שהשתמשו במערך נרחב של רדיו טלסקופים על מדידות לגלקסיה מרוחקת אשר “מצעירה” את היקום ב15- אחוז לעומת התוצאות של האבל.
מאת: תמרה טראובמן * אתר הידען היה עד שנת 2002 חלק מפורטל IOL מקבוצת הארץ
