בהנחה שהאנרגיה האפלה מאיצה את התפשטות היקום, איך היא בדיוק עושה את זה?
בסוף החודש שעבר אישר הממשל האמריקאי את פרויקט – SNAP חללית שתשוגר כדי לחקור את “האנרגיה האפלה”, גורם בעל תכונות בלתי ידועות המאיץ את התפשטות היקום.
הוכחות תצפיתיות עקיפות לקיומה של אנרגיה אפלה התגלו לפני ארבע שנים. לא ניתן להבחין בה באופן ישיר, אך מדענים סבורים שהיא ממלאת את החלל כולו ודוחפת את היקום להתפשט במהירות גוברת. החללית Probe)Supernova Acceleration SNAP) תחפש ותצלם סופרנובות – כוכבים שסיימו את חייהם בהתפוצצות אדירה. הצילומים ומדידת תכונות האור של סופרנובות רבות – שייעשו באמצעות טלסקופ ומצלמה דיגיטלית ייחודית, גדולה פי שלושים מהמצלמה של טלסקופ החלל האבל – יאפשרו, כך מקווים המדענים, להבין טוב יותר את מהותה של האנרגיה האפלה.
בשנת 1929 פירסם האסטרונום האמריקאי אדווין האבל ממצאים של סדרת תצפיות, המראות שהגלקסיות השונות מתרחקות זו מזו במהירות גבוהה. התצפית הובילו להתגבשותה של תיאוריית “המפץ הגדול”, שגרסה כי בתחילתו היה היקום מכונס בנקודה אחת ואז התפוצץ והחל להתפשט ולגדול. כדי לדמיין את תמונת העולם המתקבלת מתיאוריה זו ניתן להשתמש בדימוי “הבלון המתנפח”. הגלקסיות השונות הן נקודות המצוירות על פני בלון. במצב ההתחלתי, כשהבלון ריק, הנקודות קרובות מאוד זו לזו. עם ההתנפחות מתרחקות הנקודות, כל אחת מכל האחרות.
עד לעשור הקודם, ההנחה המקובלת בקרב הפיסיקאים היתה שכוח המשיכה יאט את קצב ההתפשטות של היקום. אם כמות החומר ביקום גדולה דיה, יעצור כוח המשיכה את התפשטות היקום לחלוטין. היקום יעצור מהתרחבותו ויתחיל לקרוס בחזרה תחת כובד משקלו, אולי עד כדי ריכוז מחדש בנקודה אחת. אפשרות זו כונתה “הסוף החם” – יקום מרוכז ורותח (ניתן לחשוב על האפשרות שקריסה מסוג זה עשויה להוביל ליצירת מפץ גדול חדש ולאפשרות קיומה של מחזוריות אינסופית של יקומים הנוצרים ומתים). לחלופין, אם כמות החומר ביקום אינה מספיקה, הוא צפוי למוות “קר” – הוא ימשיך להתפשט לנצח, הגלקסיות יתרחקו זו מזו, היקום יאבד את חיוניותו, יפסיק להקרין אור ויתפזר לגורמיו הבסיסיים.
באמצע שנות התשעים, עם הבשלתן של טכנולוגיות וכלי תצפית מתאימים, פנו שתי קבוצות מדענים לבצע מדידה של קצב ההאטה של התפשטות היקום. שתי הקבוצות – קבוצה אמריקאית בראשות ד”ר סול פרלמוטר מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי וקבוצה אוסטרלית בראשות בריאן שמיט – בחנו לצורך המחקר את האור המגיע מהתפוצצויות סופרנובה. סופרנובות משמשות כלי מחקרי רב ערך היות שהן אירועים בהירים מאוד המתרחשים במרחקים עצומים. החוקרים מדדו את בהירותה של כל סופרנובה ואת ה”הסחה לאדום” שלה – השינוי בתדר של האור הנובע מהעובדה שהיא מתרחקת ממכשירי התצפית שלנו.
כאשר מפרידים את האור המגיע אלינו מגופים בחלל לצבעים השונים המרכיבים אותו מתקבלת תבנית “ספקטרום האור”. על ידי חקירת הספקטרום ניתן ללמוד על הרכבו ותנועתו של הגורם הפולט את האור. כאשר הגורם מתרחק מכדור הארץ, ניתן להבחין בתזוזה של תבנית הספקטרום לכיוון הצבע האדום בעל התדר הנמוך. הדבר דומה לאפקט דופלר, הגורם לנו לשמוע צליל גבוה יותר מרכבת בעת שהיא מתקרבת אלינו ונמוך יותר בעת התרחקותה.
באמצעות מדידת בהירותן של סופרנובות וההסחה לאדום שלהן, ניתן היה לקבל לראשונה נתונים על אודות קצב התפשטות היקום בתקופות שונות בחייו. התוצאות של שני המחקרים, שהתפרסמו ב-,1998 הדהימו את העולם המדעי. במקום לקבל ערך זה או אחר עבור ההאטה של התפשטות היקום, גילו שתי הקבוצות במקביל כי היקום אינו מאט כלל, אלא להיפך – הוא מאיץ את התפשטותו. השאלה המיידית שעלתה היתה מה גורם להאצה זו.
החוקרים שיערו כי קיים כנראה גורם, שטיבו אינו ידוע, אשר נמצא בכל מקום ביקום ומאיץ את התפשטותו. המונח שנתבע עבור גורם זה, “אנרגיה אפלה” (Dark energy), מדגיש את האי-ודאות שחשים הפיסיקאים בנוגע אליו. ההשערה המדעית שהתקבלה כהסבר לתופעה היא, שהאנרגיה האפלה היא תוצר של החלל הריק עצמו.
באופן מדהים, הרעיון של אנרגיה הנובעת מהמרחב עצמו נחזה על ידי אלברט איינשטיין בתיאוריית היחסות הכללית. איינשטיין הניח כי צריכה להתקיים אנרגיה הנובעת מן החלל עצמו בהתבסס על פיתוח המשוואות של תורתו. הדעה המקובלת באותה תקופה היתה שהיקום הוא סטטי ואינו מתרחב או מתכווץ. היות שתיאוריית היחסות הכללית בצורתה הראשונית אינה מאפשרת ליקום להישאר במצב יציב, נאלץ איינשטיין להוסיף מרכיב נוסף למשוואות. את המרכיב הזה הוא כינה “הקבוע הקוסמולוגי”.
בסוף שנות העשרים התברר, כאמור, שהיקום מתפשט והוצעה תיאוריית המפץ הגדול, המסבירה את התפשטותו. לנוכח השינויים הללו חזר בו איינשטיין מקביעתו, ביטל את הקבוע הקוסמולוגי ואמר כי הוספתו למשוואות היתה “הטעות הגדולה ביותר של חיי”. אלא שלאור המדידות החדשות שגילו כי התפשטות היקום מואצת ולאור התפתחויות נוספות בפיסיקה, התברר למדענים כי בהינתן ערך מתאים, הקבוע הקוסמולוגי של איינשטיין יכול לחזות בדיוק את ההאצה בהתפשטות ולהסביר את האנרגיה האפלה. ייתכן איפוא שאיינשטיין צדק במחשבתו התיאורטית הראשונית.
יש לציין כי לפי תורה פיסיקלית מודרנית אחרת, מכניקת הקוונטים, יש בסיס טוב להנחה כי החלל הריק אכן מייצר אנרגיה ויכול להוות מקור לאנרגיה האפלה. הבעיה היא שהתחזיות של עוצמת האנרגיה שמנבאת מכניקת הקוונטים גדולות בהרבה מהעוצמה שנמדדה על ידי האסטרונומים – פי 10 בחזקת 50 עד פי 10 בחזקת 123.
מהן תכונותיה של האנרגיה האפלה? מודלים פיסיקליים שונים מספקים תשובות שונות לשאלה זו. לפי המודל של איינשטיין, האנרגיה המוכלת בנפח מסוים של חלל נשארת קבועה בכל תהליך התפתחות היקום. לפי מודל אחר, האנרגיה האפלה משתנה במרחב ובזמן. ד”ר פרלמוטר וחוקר נוסף מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי, מייקל לוי, הגו את הרעיון לשגר חללית שתחקור ביתר דיוק אירועי סופרנובה רבים במטרה לנסות ולברר מהו ההסבר הפיסיקלי הנכון לאנרגיה האפלה. החללית “סנאפ” היא תוצר של רעיון זה.
במהלך משימתה, שתימשך שלוש שנים, סנאפ תצלם אלפי סופרנובות וכן תמדוד הסחה לאדום שלהן באמצעות מכשיר ספקטרוגרף. ממסלולה סביב כדור הארץ תוכל החללית לספק מידע רב ומדויק יותר משניתן להשיג בתצפיות קרקעיות, ולפי מידע זה ינסו החוקרים לפתח מודל המתאר את האנרגיה האפלה. לדברי גרג אלדרינג, מצוות המחקר של סנאפ במעבדת לורנס בברקלי, “כשנראה כיצד האנרגיה האפלה משתנה במרחב ובזמן, אנו מקווים שנוכל לבחור בין המודלים השונים המסבירים אותה”.
מערכת החיישנים של סנאפ תכיל טלסקופ הכולל מראה בקוטר שני מטרים ומצלמה בעלת 600 מיליון אלמנטים (פיקסלים). לשם השוואה, המצלמה של טלסקופ החלל האבל ששוגר בשנת 1990 מכילה שני מיליון פיקסלים בלבד. עלותו של הפרויקט מוערכת בכמה מאות מיליוני דולרים. שנת השיגור המיועדת: 2008.
