האנרגיה האפלה נחלשת: היקום עלול להתחיל להתכווץ - ולהתמוטט לתוך עצמו

תצפיות חדשות מטלסקופ הקוטב הדרומי מעלות ספק יסודי בהבנתנו את עתיד היקום ועלולות לחייב פיתוח מודל קוסמולוגי חדש. המחקר, שבוצע על ידי צוות בינלאומי שמיפה את היקום, מצא ראיות לכך שהאנרגיה האפלה - הכוח המסתורי שמאיץ את התרחבות היקום - נחלשת עם הזמן.

הממצאים, בשילוב עם מחקרים נוספים, מעלים אפשרות מדאיגה: במקום התרחבות נצחית, היקום עלול לעבור "קריסה גדולה" בעוד כ-20 מיליארד שנה.

טלסקופ הקוטב הדרומי הוא טלסקופ בקוטר 10 מטרים עם 16 אלף גלאים הרגישים לאור באורכי גל זעירים, הממוקם בתחנת אמונדסן-סקוט באנטארקטיקה. הצוות הבינלאומי אסף נתונים במשך שנתיים עם המכשיר הראשי וניתח אותם כדי לבצע מדידות מדויקות של דפוסי טמפרטורה ופולריזציה.

המודל הנוכחי של היקום

המודל הנוכחי שלנו ליקום המוקדם ידוע בשם "המפץ הגדול החם". הוא מתאר את השלב הראשון של היקום שלנו ככדור אש ראשוני המורכב מפלזמה חמה מאוד, בדומה לשמש שלנו. המפץ הגדול החל לפני כ-13.8 מיליארד שנים כאשר תופעה הידועה בשם "אינפלציה קוסמית" גרמה ליקום להתרחב בקצב מהיר יותר ממהירות האור לשבריר שנייה.

טלסקופים מודרניים יכולים לזהות קרינה חלשה מ-400 אלף שנים לאחר המפץ הגדול, הידועה בשם קרינת הרקע הקוסמית (CMB). ה-CMB הוא תמונת מצב של הפלזמה והתנאים באותו זמן, כאשר טמפרטורת הפלזמה התקררה לכמחצית מזו של השמש.

האנרגיה האפלה ומשמעותה

אילו היקום הכיל רק חומר רגיל וחומר אפל, היינו מצפים שהמשיכה הגרביטציונית של כל המסה ביקום תאט את התרחבות היקום. עם זאת, ב-1998 גילו אסטרונומים שמדדו את המרחק לסופרנובות רחוקות שההתרחבות החלה להאיץ במקום להיבלם.

האנרגיה האפלה המסתורית מהווה כמעט 70 אחוזים מהיקום היום (68% ליתר דיוק). ולמרות שאיננו יכולים לראות אנרגיה אפלה ישירות, היא קובעת כיצד היקום שלנו מתרחב ואת גורלו הסופי.

החוקרים שילבו את המפות של היקום המוקדם מטלסקופ הקוטב הדרומי עם תצפיות של התפלגות תלת-ממדית של גלקסיות שנעשו קודם לכן על ידי שיתוף המכשיר הספקטרוסקופי לאנרגיה אפלה (DESI). מה שהם ראו בניסויי DESI, ועכשיו מחוזק על ידי תצפיות טלסקופ הקוטב הדרומי, הוא שהאנרגיה האפלה נחלשת עם הזמן.

תגליות מפתיעות

במקביל לחקר האנרגיה האפלה, גילויים מדהימים מגיעים גם ממחקר החומר האפל. ב-2019, חוקרים משיתוף Xenon ראו משהו בלתי צפוי. המכשיר תוכנן למצוא ראיות לחומר האפל החמקמק, אבל במקום זאת הוא ראה משהו מוזר שקרה לXenon (יסוד כימי ממשפחת הגזים האצילים) במכשיר.

אחד האטומים התפרק - מאורע שהתרחש למרות שמחצית החיים של הXenon הספציפי הזה הייתה 18 מיליארד טריליון שנים. זה כטריליון פעמים יותר ארוך מהגיל הנוכחי של היקום.

האירוע תואר כ"אירוע הנדיר ביותר שתועד אי פעם". חשוב להבין את המשמעות וההקשר של מחצית חיים של 18 מיליארד טריליון שנים. לגלאי יש שני טון מטרי של Xenon בתוכו, שזה כמעט 10 אלף טריליון טריליון אטומים. אז אם מקבצים מספיק מהאטומים האלה יחד, אמורים לראות אטום בודד מתפרק כל כמה דקות.

ב-177 ימי איסוף נתונים, הצוות ראה בערך תשעה אירועים. בבעיה עם הרבה מהאירועים הנדירים האלה עם מחצית חיים עצומה היא ממש לתפוס אותם בשעת מעשה. ובלי לראות את האירוע, החוקרים אפילו לא יודעים אם זה אכן קורה.

"קחו את הפרוטון למשל, החלקיק הקטן, טעון חיובי בלב כל אטום. כמה תיאוריות בפיזיקה מנבאות שפרוטונים עלולים בסופו של דבר להתפרק. אבל עד כה, בכל הניסויים שלנו, מעולם לא ראינו את זה קורה", אמרו החוקרים שהובילו את המחקר.

"זה אומר שאם ריקבון פרוטון כן מתרחש, זה חייב לקחת זמן מדהים, כל כך ארוך למעשה, שמדענים מעריכים שמחצית החיים שלו היא לפחות 1.67 מיליארד טריליון טריליון שנים - 100 מיליארד פעמים יותר ארוך מ-Xenon124".

"הקריסה הגדולה"

מחקר חדש שפורסם על ידי פיזיקאים מאוניברסיטת קורנל, אוניברסיטת שנחאי ג'יאו טונג ומוסדות אחרים מציע תשובה מפתיעה ספציפית לגורל היקום. באמצעות נתונים ממספר סקרים אסטרונומיים, החוקרים פיתחו מודל שחוזה שהיקום שלנו יסתיים ב"קריסה גדולה" בעוד כ-33.3 מיליארד שנים.

מכיוון שהיקום בן 13.8 מיליארד שנים כיום, זה נותן לנו בערך 20 מיליארד שנים לפני שהמסך ירד על החיים כפי שאנחנו מכירים אותם. התחזית הזו מאתגרת את ההנחה ארוכת שנים שהיקום יתרחב לנצח. במקום זאת, התיאוריה החדשה מציעה שאחרי שיגיע להתרחבות מקסימלית בעוד כשבעה מיליארד שנים, היקום יתחיל להתכווץ עד שהכל יקרוס חזרה לנקודה אחת.

המפתח טמון בהבנת האנרגיה האפלה. החוקרים מציעים מודל הכולל חלקיק קל במיוחד הנקרא Axion, בשילוב עם מה שמכונה קבוע קוסמולוגי שלילי. על פי המודל החדש, היקום ממשיך להתרחב אבל בקצב שמואט בהדרגה עד שהוא מגיע לגודל מקסימלי, כ-69 אחוזים גדול יותר מהיום, בעוד, כאמור, כשבעה מיליארד שנים.

"קשה לומר מתי נדע בוודאות", טוענים החוקרים. "הראיות הנוכחיות לאנרגיה אפלה מתפתחת עדיין פחותות מתקן הזהב המדעי. שיתוף DESI מתכנן מכשיר משודרג DESI-2, ואנחנו יכולים לצפות למקלט משודרג שיותקן בטלסקופ הקוטב הדרומי ב-2028".

למרות שמדובר במשך זמן עצום של 20 מיליארד שנה, המחקר הזה מייצג הישג יוצא דופן בהבנתנו את הקוסמוס. בפעם הראשונה, מדענים פיתחו תחזית ספציפית וניתנת לבדיקה על הגורל הסופי של כל מה שקיים.