באמצעות טלסקופ סקר השמיים הדיגיטלי סלואן, מדדו החוקרים יותר משני מיליון גלקסיות וקוואזרים -- עצמים מאוד בהירים ורחוקים שמניעים אותם חורים שחורים -- בשני העשורים האחרונים. המפה החדשה הזאת כוללת בסביבות 11 מיליארד שנות היסטוריה קוסמית שלמעשה לא נחקרו
מאת ג'וליאן באוטיסטה, עמית מחקר, אוניברסיטת פורטסמות'
האנרגיה האפלה היא אחת התעלומות הכי גדולות במדע כיום. אנחנו יודעים מעט מאוד עליה, פרט לכך שהיא בלתי נראית, היא ממלאת את כל היקום והיא דוחפת גלקסיות ומרחיקה אותן אחת מהשנייה. זה גורם ליקום שלנו להתפשט בקצב מואץ. אבל מה היא? אחד ההסברים הכי הפשוטים הוא שהיא "קבוע קוסמולוגי" -- תוצאה של האנרגיה של החלל הריק עצמו -- רעיון שהציג אלברט איינשטיין.
אבל ההסבר הזה לא מספק פיזיקאים רבים. הם רוצים תיאור יותר יסודי של טיבה. האם היא סוג חדש כלשהו של שדה אנרגיה או נוזל אקזוטי? או האם היא סימן שמשוואות הכבידה של איינשטיין באופן כלשהו אינן שלמות? בנוסף, אנחנו לא ממש מבינים את קצב ההתפשטות הנוכחי של היקום.
עכשיו הפרויקט שלנו - הסקר הספקטרוסקופי המורחב של תנידת ביירון (eBOSS) מצא כמה תשובות. העבודה שלנו פורסמה כסדרה של 23 פרסומים, שחלק מהם עדיין עוברים סקירת עמיתים, המתארים את המפה הקוסמולוגית התלת מימדית הגדולה ביותר שנוצרה אי פעם.
כעת, האופן היחידי שאנחנו יכולים להרגיש את הנוכחות של אנרגיה אפלה הוא באמצעות תצפיות על היקום המרוחק. ככל שגלקסיות יותר רחוקות, הן נראות לנו יותר צעירות. זה משום שלאור שהן פולטות לקח מיליוני או אפילו מיליארדי שנים להגיע לטלסקופים שלנו. הודות למעין מכונת זמן זאת, אנחנו יכולים למדוד מרחקים שונים בחלל בזמנים קוסמיים שונים, וזה עוזר לנו לחשב את מהירות ההתפשטות של היקום.
באמצעות טלסקופ סקר השמיים הדיגיטלי סלואן, מדדנו יותר משני מיליון גלקסיות וקוואזרים -- עצמים מאוד בהירים ורחוקים שמניעים אותם חורים שחורים -- בשני העשורים האחרונים. המפה החדשה הזאת כוללת בסביבות 11 מיליארד שנות היסטוריה קוסמית שלמעשה לא נחקרו, ולמדנו על אנרגיה אפלה כפי שלא למדנו מעולם.
התוצאות שלנו מראות שכ-69% מהאנרגיה ביקום שלנו היא אנרגיה אפלה. הן גם מראות, שוב, שצורת האנרגיה האפלה הכי פשוטה של איינשטיין - הקבוע הקוסמולוגי - מתאימה במידה הרבה ביותר לתצפיות שלנו.
כשמשלבים את המידע מהמפה שלנו עם בדיקות קוסמולוגיות אחרות, כמו קרינת הרקע הקוסמית - האור שנשאר מהמפץ הגדול - נראה שהם מעדיפים כולם את הקבוע הקוסמולוגי על פני הסברים יותר אקזוטיים של האנרגיה האפלה.
התפשטות קוסמית במחלוקת
התוצאות גם מספקות תובנות טובות יותר על כמה מחלוקות מהתקופה האחרונה על קצב ההתפשטות של היקום כיום ועל הגיאומטריה של החלל.
כשמשלבים את התצפיות שלנו עם מחקרים על היקום בינקותו מגלים סדקים בתיאור שלנו את ההתפתחות שלו. במיוחד, המדידה שלנו את הקצב הנוכחי של התפשטות היקום נמוכה בכ-10% מהערך שנמצא תוך שימוש בשיטות ישירות למדידת מרחקים לגלקסיות סמוכות. כל אחת משתי השיטות האלה טוענת שהתוצאה שלה נכונה ומאוד מדויקת, כך שההפרש ביניהן לא יכול להיות פשוט אקראיות סטטיסטית.
הדיוק של eBOSS מגביר את המשבר הזה. אין הסבר שמקובל באופן נרחב לשוני הזה. ייתכן שמישהו ביצע טעות קלה באחד המחקרים האלה. או אולי זה סימן שאנחנו צריכים פיזיקה חדשה. אחת האפשרויות המלהיבות היא שצורה של חומר שלא הייתה ידועה קודם מהיקום המוקדם אולי השאירה עקבות בהיסטוריה שלנו. היא נקראת "אנרגיה אפלה מוקדמת", שחושבים שהייתה קיימת כשהיקום היה צעיר, והייתה יכולה לשנות את קצב ההתפשטות של היקום.
ממחקרים מהתקופה האחרונה על קרינת הרקע הקוסמית עולה שהגיאומטריה של החלל אולי עקומה ולא פשוט שטוחה - וזה עולה בקנה אחד עם התאוריה הכי מקובלת של המפץ הגדול. אבל המסקנה מהמחקר שלנו היא שהחלל אכן שטוח.
אפילו אחרי ההתפתחויות החשובה האלה, קוסמולוגים ברחבי העולם עדיין יתמהו לגבי הפשטות לכאורה של האנרגיה האפלה, השטיחות של החלל והערכים השנויים במחלוקת של קצב ההתפשטות כיום. יש רק דרך אחת להתקדם במסע למציאת תשובות - לעשות מפות יותר גדולות ומדויקות של היקום. כמה פרויקטים מיועדים למדוד לפחות פי עשרה יותר גלקסיות ממה שאנחנו מדדנו.
אם המפות מ-eBOSS היו הראשונות שחקרו פער של 11 מיליארד שנות היסטוריה שלנו שהיו חסרות קודם, הדור החדש של טלסקופים יבצע גרסה ברזולוציה גבוהה של אותה תקופת זמן. מלהיב לחשוב על העובדה שסקרים עתידיים אולי יצליחו לפתור את התעלומות שנותרו לגבי התפשטות היקום בכעשר השנים הבאות. אבל יהיה מלהיב באותה מידה אם יגלו בהם עוד הפתעות.