ידענים: היקום | ראשית היקום

מאת 29 בינואר 2017 12 תגובות

קצב התפשטות היקום כעת מתחיל להימדד בדרכים שונות עם דיוק גבוה, ונראה כי ההפרשים בפועל עשויים להצביע על פיסיקה חדשה מעבר לידע הנוכחי שלנו של היקום," אומרת החוקרת הראשית

 

 

הקוואזר HE0435-1223 הנמצא במרכז התמונה רחבת השדה הוא בין חמשת הקוואזרים המעודשים הטובים ביותר שהתגלו עד כה. הגלקסיה שנמצאת בינו לבינינו יוצרת ארבע תמונות אחידות של הקוואזר המרוחק סביב הקוואזר האמתי. Credit: ESA/Hubble, NASA, Suyu et al.

הקוואזר HE0435-1223 הנמצא במרכז התמונה רחבת השדה הוא בין חמשת הקוואזרים המעודשים הטובים ביותר שהתגלו עד כה. הגלקסיה שנמצאת בינו לבינינו יוצרת ארבע תמונות אחידות של הקוואזר המרוחק סביב הקוואזר האמתי. Credit: ESA/Hubble, NASA, Suyu et al.

באמצעות שימוש בגלקסיות כעדשות כבידה ענקיות, הצליחו צוות של אסטרונומים באמצעות שימוש בטלסקופ החלל האבל, לבצע מדידות עצמאיות של קצב התפשטות היקום. קצב ההתפשטות של היקום המקומי תואם את הממצאים הקודמים. אולם ישנה אי הסכמה באשר למדידת ההתפשטות של היקום המוקדם. הדבר מרמז על בעיה בסיסית בליבה של הבנתנו את היקום.

קבוע האבל – הקצב שבו היקום מתפשט – הוא אחד מהפרמטרים היסודיים המתארים את היקום שלנו. קבוצת אסטרונומים משיתוף הפעולה H0LiCOW, בראשות שרי סויו הכוללת חוקרים ממכון מקס פלנק לאסטרופיסיקה בגרמניה, והאוניברסיטה הטכנית ASIAA בטייוואן השתמשו בטלסקופ החלל האבל ובטלסקופים קרקעיים כדי לחקור חמש גלקסיות ולהגיע למדידה עצמאית של קבוע האבל.

המדידה החדשה היא עצמאית לחלוטין אך היא מאשרת את קבוע האבל ביקום הקרוב, כפי שנמדד על ידי שתנים קפאידים וסופרנובות כנקודות התייחסות.

עם זאת, הערך הנמדד על ידי סויו וצוותה, כמו גם המשתנים הקפאידים שונה מהמדידה של לווין פלאנק של סוכנות החלל האירופית, אך יש הבדל חשוב: פלאנק מדד את קבוע האבל עבור היקום המוקדם באמצעות תצפית בקרינת הרקע הקוסמית.

בעוד הערך עבור קבוע האבל שקבע פלאנק תואם להבנה הנוכחית שלנו של היקום, הערכים שהתקבלו על ידי קבוצות שונות של אסטרונומים עבור היקום המקומי נמצאים במחלוקת עם המודל התיאורטי המקובל עלינו של היקום. "קצב התפשטות היקום כעת מתחיל להימדד בדרכים שונות עם דיוק גבוה, ונראה כי ההפרשים בפועל עשויים להצביע על פיסיקה חדשה מעבר לידע הנוכחי שלנו של היקום," אומרת סויו.

מטרות המחקר היו גלקסיות מסיביות הממוקמות בין כדור הארץ לבין קוואזרים רחוקים מאוד – ליבות גלקסיה זוהרות מהיקום המוקדם. האור מהקוואזרים המרוחקים התכופף סביב המסות הגדולות של הגלקסיות כתוצאת מתהליך שנקרא עידוש כבידתי שפעל בעוצמה חזקה. הדבר גורם ליצירת מספר רב של תמונות של הקוואזר ברקע, חלקן נמרח כקשתות.

מכיוון שגלקסיות לא יוצרים עיוותים כדוריים מושלמים במארג החלל וכן הגלקסיות והקוואזרים אינם מיושרים באופן מושלם בקו הראיה שלנו, נוצרים הבדלים בין התמונות השונות של הקוואזר. מכיוון שבהירות הקוואזרים משתנית במשך הזמן, האסטרונומים יכולים לראות שהתמונות השונות מהבהבות בזמנים שונים, העיכובים נגרמים בהתאם למסלול שנדרש לאור לעבור. עיכובים אלה קשורים ישירות לערך של קבוע האבל. "השיטה שלנו היא הדרך הפשוטה והישירה ביותר למדוד את קבוע האבל כפי שהוא תוך שימוש רק בגיאומטריה ובתורת היחסות הכללית ללא הנחות נוספות", מסביר שותפה של סויו למחקר, פרדריק קורבין מ-EPFL בשווייץ.

באמצעות מדידות מדויקות של עיכובי הזמן בין מספר רב של תמונות הקוואזרים, בתוספת מודלים ממוחשבים, התאפשר לצוות לקבוע את קבוע האבל בדיוק גבוה באופן מרשים: 3.8%. "מדידה מדויקת של קבוע האבל היא אחד הפרסים הנחשקים במחקר הקוסמולוגי היום," מדגישה חברת הצוות ויויאן בונווין מה-EPFL בשווייץ. וסויו מוסיפה: "קבוע האבל הוא קריטי עבור האסטרונומיה מודרנית מכיוון שהוא יכול לשמש כדי לאשר או להפריך את התמונה שלנו של היקום המורכב מאנרגיה אפלה, מחומר אפל ומחומר רגיל – או אם אנו מחסירים משהו מהותי."

 

האם האנרגיה האפלה אחראית להאצת התפשטות היקום?

פרס נובל למגלי האצת התפשטות היקום

האם היקום מתשפט מהר מכפי שחשבנו?

12 תגובות ל “מחקר חדש מגלה כי היקום המוקדם התפשט הרבה יותר מהר מאשר היום”

  1. digi

    תודה יהודה!
    תמיד נהנה לקרוא את התגובות שלך
    פותח לי את הראש ומעורר השראה

  2. elbentzo

    mouthhole,

    תודה…?

    שמוליק,

    הייתי אומר שכן. פנרוז הוא אחד מהפיזיקאים החשובים ביותר בפיתוח וקידום תורת היחסות כפי שהיא מוכרת ומובנת כיום, והרעיונות שהוא הגה ויישם התגלו כמועילים וחשובים גם בתחומים אחרים. יש אפילו תרומה אחת שלו לתחום שאולי גם אתה מכיר – דיאגרמת פנרוז. אם תחפש בגוגל, תראה על אילו דיאגרמות אני מדבר. סביר להניח (אם כי לא בטוח) שנתקלת בציורים כאלה בעבר, בין אם בתיאור חורים שחורים, היקום שלנו, או שלל מערכות כבידתיות. למרות ששיטה שמאפשרת לצייר משהו אולי לא נשמע כמו הדבר הכי חשוב בפיזיקה, היא כוללת גישה מתמטית שהייתה חדשנית בזמנו והיום היא הסטנדרט של פחות או יותר כל תורות הכבידה.

  3. שמוליק

    היי אלבנטזו,
    תודה רבה על התשובה המפורטת. מעניין מדוע הוא לא מפרסם את הביקורת שלו בצורת מאמר.
    הייתי צריך לכתוב שאני באמצע הצפיה ואם תהיה התייחסות נוספת, אעדכן.

    אגב, שמעתי פעם משפט שבערך אמר שבזכות אינשטיין יש את תורת היחסות הכללית אבל בזכות פנרוז, אנחנו גם מבינים אותה. גם אתה התייחסת בקצרה לתרומה שלו. התרומה שלו להבנת הנושא היתה כה מכרעת?

  4. elbentzo

    שמוליק,

    שלומי טוב, תודה. מה שלומך?

    בנוגע לפנרוז, אני חייב להגיד שלא התעמקתי יותר מדי בביקורת שלו – ראיתי את הקליפ ששלחת (לפחות את החמש-עשר דקות הרלוונטיות, אם הוא חוזר אל זה בהמשך תגיד לי, כי הפסקתי לצפות כשהם עברו נושא). מעבר לזה קראתי קצת באינטרנט, אבל לא קראתי את הספר שבו, להבנתי, נמצאת הביקורת בצורתה המלאה ביותר.

    אני חושב שאת התשובה (או לפחות המחשבות שעלו לי באופן אסוסיאציטיבי למשמע הביקורת, אני לא בטוח אם זו התשובה כי לא הפנמתי את השאלה עד הסוף) אפשר לחלק לשני חלקים. אחד נוגע לשאלה כפי שהיא מנוסחת בסרטון, והיא "מה קורה אם אנו מעוררים אופני תנודה במימדים קומפקטיים?" והשני לשאלה אם מספר דרגות החופש הפיזיקליות במערכת מרובת מימדים כזו יכול לתאר נכונה את העולם שלנו (וזה מתאים יותר לניסוח של הביקורת שמצאתי במקורות שונים באינטרנט תוך חיפוש קצר בגוגל).

    בנוגע לשאלה הראשונה, התשובה היא שאני לא באמת חושב שיש עם זה בעיה. קודם כל, זה נכון שלמרות שאנחנו לא יכולים לחקור את המימדים הקומפקטיים כי הם קטנים מדי (ולכן האנרגיה הדרושה לערעור שלהם גדולה מדי), יתכן שבאופן טבעי בטבע יש אקסיטציות כאלה. זה אמנם לא פשוט כמו שהוא מציג את זה (כי תהליכים עתירי אנרגיה כמו אלו שמתרחשים בסקאלות קוסמולוגיות נוטים לפלוט את האנרגיה שלהם על פני מרחקים גדולים, ובמילים אחרות צפיפות האנרגיה לא בהכרח גדולה), אבל זה יתכן. זה היה בעיה אמיתית רק אם ערעור של המודים הקומפקטיים היה מביא לקריסה של היקום, כפי שהוא מרמז. אבל זה לא נכון – ישנם מודלים מתמטיים מוכרים מזה שנים רבות של יקומים כאלה במסגרת תורת המיתרים שהם יציבים (או יציבים למחצה, עם זמן חיים שגדול בהרבה מהזמן שהיקום שלנו קיים).

    בנוגע לשאלה השניה, שהיא קצת יותר טכנית ואולי יהיה קצת יותר קשה להבין אותה לאנשים שלא מכירים את התחום – מספר דרגות החופש בתורת המיתרים הוא מטעה. על פניו נראה שיש עשרה מימדים ולכן יש הרבה יותר דרגות חופש לשדה כזה או אחר מאשר מה שהיינו מצפים ממערכת ארבע-מימדית, אבל תורת המיתרים אינה פשוט תורת שדה. כאן נכנס למשחק העקרון ההולוגרפי, שאומר שדרגות החופש בעשרת המימדים האלה הן למעשה אותן דרגות חופש כמו במערכת קטנה יותר ונטולת כבידה. עבור הדוגמא המפורסמת ביותר (שיש לה גם הוכחה מתמטית של ממש והיא לא סתם השערה), אפשר לבנות באופן מפורש מערכת בעלת עשרה מימדים, שחמישה מהם קומפקטיים ולמעשה דרגות החופש שלה שקולות למערכת 4-מימדית נטולת כבידה. זה אמנם לא יתאר את היקום שלנו (מסיבות שלא נכנס אליהן עכשיו, הדוגמא הספציפית הזאת פשוט לא מתאימה כי אין לה את המבנה הקוסמולוגי הנכון), אבל זו דוגמא שממחישה שספירה נאיבית של דרגות חופש (שלוש כפול אינסוף בחזקת שלוש, כמו שאומר פנרוז) היא פשוט שגויה.

    פנרוז הוא פיזיקאי גדול ומתמטיקאי מצוין שאחראי להרבה מאוד התקדמויות בחקר הכבידה במאה העשרים, אבל לדעתי זה מקרה קלאסי של עקשנות. תמיד יבוא איזה "ילד" עם רעיון חדש שיהיה זר לדור הקודם של המדענים וחלקם יתעקשו לדחות אותו משיקולים עקרוניים, כי זה לא מה שהם מכירים. שוב, מבלי לזלזל בכלל במדען הגדול הזה (ומבלי לשכוח שלא באמת העמקתי עדיין בביקורת שלו), אני מקבל את הרושם שרוב הביקורת שלו קשורה לזה שהוא לא באמת חקר לעומק את תורת המיתרים, אלא מנסה לדחות אותה מטעמים עקרוניים.

  5. שמוליק

    אלבנטזו, מה שלומך?
    לאחרונה צפיתי בהרצאה מאוד מעניינת של רוג׳ר פנרוז. בערך בדקה עשרים הוא מתחיל לדבר על הבעייתיות של תורת המיתרים, בעיקר בהיבט הממדים שלה. הוא מדבר על בעיה שנובעת מ- ״פנקשינל פרידום״ (דרגות חופש של פונקציה?) ורמות אנרגיה שהיינו אמורים למדוד…
    הוא גם שולח האשמה לקהילה בכך שהוא העלה את הבעיה אבל לא קיבל התייחסות מעבר להתייחסות ראשונית.
    הבנתי בערך את טענתו והייתי שמח לו היית מבהיר קצת את הנושא. האם יש תשובה בקהילה?

    מצאתי גם התייחסות בפורום מסוים אבל התשובה גדולה עלי.
    זה היוטיוב:
    https://youtu.be/3OsE8NETbNQ
    זה הלינק מהפורום
    http://www.physicsoverflow.org/38040/penroses-functional-freedom-objection-dimensional-theories

    תודה!

  6. סבדרמיש יהודה

    לדיגי ואחרים
    קשה לי להאמין שמחקר שנעשה על חמש גלקסיות יהיה מידגם סטטיסטי טוב לבדיקת גודלו של קבוע האבל. גם כך קשה למדוד כי אנו נימצאים בתוך היקום אותו אנו מודדים. לכן אני מאמין יותר לקבוע שנימדד ע"י הלווין פלאנק שבדק מידגם גדול יותר..
    קודם כל אנו מדברים על תקופות של לפני מיליארדי שנים וכניראה אף יותר מעשרה מיליארדי שנים. אין לי שום אפשרות לקבוע כיום נתונים חשובים לצורך המדידה למשל האם מהירות האור הייתה כמו שהיא כיום?, האם קבוע הגרביטציה שעל פיו קובעים אנשי המחקר היה כמו שהוא היום? הרי שינוי של כמה אחוזים בודדים בגורמים אלה כבר היו הופכים את השאלה על פיה והמאמר היה נקרא :
    מחקר חדש מגלה כי היקום המוקדם התפשט הרבה יותר לאט מאשר היום

    דבר חשוב נוסף הוא הבעייתיות של נוסחת הגרביטציה . במה דברים אמורים?, ובכן, נוסחת הגרביטציה של ניוטון היא נוסחה שהתקבלה באופן אינדוקטיבי ממדידות שהיו לו מקפלר, טיכו ברהה ואחרים. כל הנתונים האלה התקבלו רק מנתונים שהיו לניוטון עד למרחק של כעשר יחידות אסטרונומיות והוא "ניחש" מהם את נוסחתו הידועה. בהמשך התגלו גם כוכבי הלכת אורנוס נפטון והכוכב לכת הננסי פלוטו (מרחק של כארבעים יחידות אסטרונומיות שהם פחות מאלפית שנת אור!) וגם הם התנהגו על פי נוסחת ניוטון . אבל מאז לא התקבל שום חיזוק לנוסחה המהוללה של ניוטון. כל ניסיון לקבוע אותה כנכונה למרחקים גדולים יותר מאלפית שנת אור ניתקל בחוסר עצום בגרביטציה אותה אנו משלימים עם "המצאת המאה העשרים"- החומר האפל. אז אנחנו חייבים לשאול את עצמנו האם נוסחת ניוטון תואמת גם למרחקים הגדולים של הגלקסיות של הזמנים הקדומים, של המסות האדירות בהן מדובר. ואכן אני מסכים אולי רק לסיומת של המאמר "שיש למדידה חשיבות בקביעת החומר והאנרגיה האפלים" כי זה מה שיקרה אם מחליטים בכל זאת לאחז בקרנות המזבח של הנוסחה הניוטונית..
    אני, עבדיכם הנאמן חושב שנוסחת הגרביטציה הניוטונית עליה מבוסס מאמר זה, לא תקיפה במקרה זה של מרחקים, מסות וזמנים קיצונים /רחוקים/אדירים, ותופעה אחרת מניעה את היקום.
    בבקשה, נא להגיב בעדינות. שבת היום, שבת היום, שבת
    סבדרמיש יהודה
    http://yekumpashut.freevar.com

  7. לעורך

    למרוח תמונה זעירה בגודל של 360px × 360px זה הכי טוב שיכלתם להביא.
    והכי מרגיז זה ללחוץ עליה ולגלות שהיא קטנה יותר ממה שמוצג באתר.

    צר לי, אך ציפיתי למעט יותר מאתר מדעי.

הוספת תגובה

  • (will not be published)