מדענים נעזרו בתצפיות על יותר מ-3000 קוואזרים, שנתגלו על ידי פרויקט ה-SDSS (Sloan Digital Sky Survey), כדי למדוד בדיוק חסר תקדים את התקבצותו הקוסמית של גז מימן לצבירים.
הודעה לעיתונות מטעם SDSS
מדענים נעזרו בתצפיות על יותר מ-3000 קוואזרים, שנתגלו על ידי פרויקט ה-SDSS (Sloan Digital Sky Survey), כדי למדוד בדיוק חסר תקדים את התקבצותו הקוסמית של גז מימן לצבירים. הקוואזרים ששימשו למחקר, שמספרם גדול פי 100 ממספר הקוואזרים בהם השתמשו במחקרים דומים בעבר, מרוחקים מאתנו כשמונה עד עשרה מיליארד שנות אור, מה שהופך אותם לעצמים המרוחקים ביותר הידועים לנו.
הצטברויות גז בין כדור הארץ והקוואזרים בולעות אור מהספקטרה של הקוואזרים. בליעת האור מאפשרת לחוקרים למפות את פיזור הגז ולמדוד את מידת התקבצותו בסדרי גודל של מיליון שנות אור. מידת ההתקבצות של הגז עשויה לענות על שאלות בסיסיות, כגון האם לנויטרינו יש מסה ומהו טיבה של האנרגיה האפלה, שאמורה להיות הגורם להתפשטותו המואצת של היקום.
“מדענים חוקרים מזה זמן רב את צבירי הגלקסיות כדי ללמוד על קוסמולוגיה,” הסביר ארוס סליאק (Seljak) מאוניברסיטת פרינסטון ואחד מחוקרי ה-SDSS. “אולם, הפיסיקה מאחורי היווצרות גלקסיות והתקבצותן מסובכת ביותר. כיוון שרוב המסה ביקום מורכבת מחומר אפל, חוסר ההבנה שלנו בנוגע לקשר בין פיזור הגלקסיות (אותו ביכולתנו לראות) והחומר האפל (אותו אין ביכולתנו לראות, אך מודלים קוסמולוגיים מנבאים את קיומו והתנהגותו) יוצרת חוסר וודאות.” מעריכים שהגז, שמתגלה בספקטרה של הקוואזרים, מפוזר באופן דומה מאוד לחומר האפל, מה שתורם להפחתת החוסר וודאות.
“ידענו מזה מספר שנים, שהספקטרה של קוואזרים הם כלי ייחודי לחקר פיזור החומר האפל ביקום הקדום, אך הכמות והאיכות של הנתונים מה-SDSS הפכו את החזון למציאות,” אמר דיוויד ווינברג (Weinberg) מאוניברסיטת המדינה של אוהיו וחבר בצוות ה-SDSS. “מדהים כמה ביכולתנו ללמוד על מבנה היקום לפני 10 מיליארד שנה.”
סליאק ועמיתיו מה-SDSS שילבו את ניתוח הנתונים מספקטרה הקוואזרים עם מדידות של התקבצות הגלקסיות, עידוש כבידתי והאדוות בקרינת הרקע הקוסמית, שנמדדו על ידי לווין ה-WMAP של נאס”א (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). שילוב המידע הניב את התמונה המדויקת ביותר עד כה של צבירי החומר ביקום במרחקים של מיליון שנות אור עד כמה מיליארדי שנות אור. המחקר המקיף מאפשר השוואות מדוקדקות בין המידע ומודלים תיאורטיים של ההיסטוריה והרכב היקום.
“זהו המבחן המחמיר ביותר עד כה לתחזיות המודל הקוסמולוגי התופח (inflation). המודל עובר אותו בהצלחה מסחררת,” הוסיף סליאק.
המודל התופח של היקום גורס, כי מיד לאחר המפץ הגדול היקום עבר תקופה של האצה מהירה במיוחד, במהלכה תנודות קלות בצפיפות הפכו לקפלים בגדלים אסטרונומיים במרחב, קפלים אשר ניתן לראות את חותמם בצבירי עצמים אסטרונומיים. תיאוריית היקום התופח מנבאת תלות מסוימת בין מידת ההתקבצות וקנה המידה עליו מסתכלים. המחקר החדש תומך בניבויי התיאוריה. תרחישים אחרים בנוגע ליקום, כגון תיאוריית היקום המחזורי, מציעות ניבויים דומים מאוד, וגם הם תואמים לתוצאות האחרונות.
אנליזות ראשוניות של צוות ה-WMAP ואחרים רמזו על סטיות של הצבירים הקוסמיים מתחזיות מודל היקום התופח. אם הסטיות האלה אכן קיימות, יהיה צורך בשינוי רציני בפרדיגמה הנוכחית של מקור ומבנה ביקום.
“הנתונים החדשים וניתוחם משפרים באופן מהותי את הדיוק התצפיתי של בדיקת ניבויי המודל התופח,” אמר פטריק מקדונלד (McDonald) מאוניברסיטת פרינסטון ואחד מכותבי המחקר. “התוצאות החדשות תואמות כמעט בדיוק לתחזיות המודל התופח.”
“ההתקבצות של חומר מהווה מבחן מדויק ועוצמתי של מודלים קוסמולוגיים, והמחקר הנוכחי עקבי עם המחקרים הקודמים ומרחיב אותם,” הסכים אדריאן פופ (Pope) מאוניברסיטת ג'ון הופקינס, שעמד בראש צוות שערך אנליזה קודמת של התקבצות הגלקסיות ב-SDSS.
כמו כן, האנליזה החדשה מספקת את המידע הטוב ביותר על מסת הנויטרינו. ניסויים על כדור הארץ, שהולידו בשנת 2002 פרס נובל בפיסיקה, הראו מעל לכל ספק, שלנויטרינו יש מסה, אולם הניסויים הללו היו יכולים למדוד את ההפרש במסות בלבד בין שלושת סוגי הנויטרינו הידועים. נוכחותם של חלקיקי נויטרינו משפיעה על ההתקבצות הקוסמית בשנה מידה של מיליוני שנות אור, בדיוק קני המידה, עליהם שפך אור המחקר על ספקטרה הקוואזרים.
לפי המחקר החדש מסת הנויטרינו הקל ביותר קטנה מפעמיים הפרש המסה האחרון שנמדד. כמו כן פוסלת המדידה החדשה את האפשרות של קיומה של משפחת חלקיקי נויטרינו נוספת, שהציעו כמה ניסויים בכדור הארץ.
“קוסמולוגיה, מדע המבנים הגדולים ביותר, יכולה לספר לנו על תכונותיהם של חלקיקים אלמנטריים כגון הנויטרינו,” אמר לם הוי (Hui) מהמעבדה הלאומית של המאיץ בפרמי, השייכת למחלקת האנרגיה של ארצות הברית. הוי ערך אנליזה נפרדת לנתונים ביחד עם סקוט בורלס (Burles) מ-MIT ומדענים נוספים.
בנוסף מספק המחקר החדש תמיכה נוספת לקיומה של אנרגיה אפלה ולעובדת היותה קבועה בזמן. המחקר שם את ההגבלות הטובות ביותר עד כה על התפתחות האנרגיה האפלה בזמן.
“לא נתגלו ראיות להיותה של האנרגיה האפלה משתנה בזמן, כך שהאפשרות שהיקום יתפורר בעתיד ב'קריעה הגדולה' קטנה משמעותית בעקבות המחקר החדש,” אמר אלכסיי מקרוב (Makarov) מאוניברסיטת פרינסטון, שלקח גם הוא חלק במחקר.
תרגום: דיקלה אורן
