היקום שלנו התעורר לחיים לפני כמעט 14 מיליארד שנים במפץ הגדול - כדור אש אנרגטי מאוד שממנו הוא התרחב. היום, החלל מלא במאות מיליארדי גלקסיות, כולל גלקסיית הבית של מערכת השמש שלנו, שביל החלב. אבל איך בדיוק התפתח היקום התינוק (העוברי או הראשוני) והגיע מצבו הנוכחי, ומה זה אומר לנו על עתידנו?
היקום שלנו התעורר לחיים לפני כמעט 14 מיליארד שנים במפץ הגדול - כדור אש אנרגטי מאוד שממנו הוא התרחב. היום, החלל מלא במאות מיליארדי גלקסיות, כולל גלקסיית הבית של מערכת השמש שלנו, שביל החלב. אבל איך בדיוק התפתח היקום העוברי והגיע מצבו הנוכחי, ומה זה אומר לנו על עתידנו?
אלה הן השאלות הבסיסיות ש"ארכיאולוגים אטסורפיזיקאים" כמו ריסה וקסלר רוצים לענות עליהן. במכון קאוולי לחלקיקים, אסטרופיזיקה וקוסמולוגיה (KIPAC) של אוניברסיטת סטנפורד ומעבדת המאיץ הלאומית SLAC של משרד האנרגיה, שילבו וקסלר וצוותה נתוני ניסוי עם ההשערות התיאורטיות בהדמיות מחשב שחפרו עמוק לתוך ההיסטוריה הקוסמית בניסיון להתחקות כיצד חלקיקי חומר כבדים חברו יחד כדי ליצור מבנים גדולים יותר ויותר ביקום מתפשט.
"המחשוב הוא היבט חיוני של שיתוף הפעולה בין SLAC וסטנפורד," אומרת וקסלר, פרופסור לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה.
המסעות המדומים של וקסלר דרך המרחב זמן התבססו על מגוון של נתוני ניסויים, לרבות תצפיות על ידי סקר האנרגיה האפלה (DES), אשר גילה לאחרונה סדרה חדשה של גלקסיות לוויה אולטרה-דקות של שביל החלב שלנו העשירות במה שמכונה חומר אפל. הכח הבלתי נראה המושך ומשפיע על החומר הרגיל, אשר ממלא תפקיד מכריע בתהליכי היווצרות והצמיחה של גלקסיות.
האנרגיה האפלה היא עוד מרכיב מפתח בעיצוב היקום: היא מנפחת את היקום כמו בלון בקצב הולך וגובר, אבל החוקרים אינם יודעים הרבה על הגורמים התאוצה.
שני פרויקטים עתידיים ייתנו לווקסלר ולחוקרים אחרים רמזים חדשים על האנרגיה המסתורית. מכשיר ספקטרוסקופיות האנרגיה האפלה (דסי) יחל בשנת 2018 להפוך תמונות דו-ממדיות של סקרים כמו DES למפה תלת-ממדית של היקום. הטלסקופ הגדול לסקרים הסינופטיים (LSST), בעל עין דיגיטלית רגישה של 3,200 מגה-פיקסל יחל כמה שנים אחר כך לחקור את החלל העמוק יותר טוב מאשר כל טלסקופ אחר לפניו.
"כאשר מסתכלים על גלקסיות רחוקות אנו צופים בעבר והדבר מאפשר לנו למדוד כיצד משפיעה האנרגיה האפלה על הצמיחה וההתפשטות של גלקסיות בנקודות זמן שונות," אומרת וקסלר. "במהלך 10 השנים האחרונות, התקדמנו רבות בליטוש המודל הקוסמולוגי שלנו, המתאר מאפיינים רבים של היקום של היום טוב מאוד. עם זאת, אם הנתונים יראו שהמודל עומד להישבר בעתיד זה יישנה לגמרי את הראיה שלנו את היקום."
המודל הנוכחי מצביע על כך שהיקום נגזר להתפשט לנצח, ויהפוך קר וקודר מהר יותר ויותר, ככל שגלקסיות גדלות יתרחקו זו מזו, אבל האם האצה זאת היא תכונה קבועה או תכונה משתנה של מרחב-זמן? או שזו בכלל תהיה הרחבה של תיאורית הכבידה בקנה המידה הגדול ביותר? נתונים נוספים יסייעו לחוקרים למצוא תשובה לשאלות הבסיסיות אלה.
להודעה של החוקרים