אנחנו חיים ביקום בן 13.7 מיליארד שנה. הכוכבים הראשונים ביקום נוצרו כשהוא היה "רק" בן כמה מאות מיליוני שנים. אמנם קצב היווצרות הכוכבים הגיע לשיאו לפני 11 מיליארד שנים, אבל היקום שלנו מעולם לא הפסיק לייצר כוכבים. כיום מאכלסים את היקום כטריליון-טריליון כוכבים. כעת, צוות בינלאומי של מדענים השתמש בנתונים מטלסקופ החלל פרמי של נאס"א על מנת למדוד לראשונה את כל האור שכל הכוכבים הפיצו אי פעם – ובכך להבין את קצב היווצרות הכוכבים לאורך העידנים השונים של היקום. תוצאות המחקר ההיסטורי מתפרסמות היום בכתב העת Science.
"מנתונים שאסף טלסקופ החלל פרמי, הצלחנו למדוד את כל אור הכוכבים שנפלט אי פעם", מסר בהודעה לתקשורת האסטרופיזיקאי מרקו אג'לו מאוניברסיטת קלמסון שבדרום קרוליינה, שהוביל את צוות החוקרים הבינלאומי. "ומאחר שרוב האור הזה נפלט על ידי כוכבים בגלקסיות, המדידה החדשה עוזרת לנו להבין טוב יותר את אבולוציית היווצרות הכוכבים בגלקסיות".
יקום מואר להפליא ועצום להחריד
אז כמה אור יש ביקום? לפי המדידה החדשה, מספר הפוטונים – חלקיקי האור הנצפה – שנפלטו ליקום הנצפה – כלומר לאותו חלק של היקום שאנו יכולים לצפות בו ממקומנו במרחב ובזמן – הוא 4x10^84.
כמה זה יוצא בפועל? תתכוננו, כי המספר אסטרונומי. לפי החוקרים, ביקום שלנו מסתובבים 4,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 ,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000,000 פוטונים של אור.
זו כמובן כמות עצומה של אנרגיה, אך מעניין לציין שלמעט האור שבוקע מהכוכב שלנו ומשאר הכוכבים בגלקסיה, יתר אור הכוכבים שמגיע לכדור הארץ עמום ביותר – ועצמתי היא כשל אור הבוקע בחושך מוחלט מנורת 60 וואט הנמצאת במרחק ארבעה קילומטרים. במילים אחרות, היקום אולי מואר להפליא אבל הוא גם עצום להחריד.
900px-Observable_Universe_with_Measurements_01.jpg
איך מודדים את כל האור ביקום?
טלסקופ החלל פרמי, ששוגר למסלול לווייני נמוך מסביב לכדור הארץ ב-2008 וציין לאחרונה עשור לפעילותו, מודד את קרינת האור בצורתה העוצמתית ביותר על פני הספקטרום האלקטרומגנטי – כקרינת גמא. הטלסקופ סיפק מידע רב על קרינת הגמא ביקום, ועל האינטראקציה בינה לבין אור הרקע החוץ-גלקטי (extragalactic background light, או EBL), שהוא ערפל קוסמי המורכב מכל הקרינה העל-סגולה, הנצפית והתת-אדומה שנפלטת מכוכבים או מענני גז ואבק הנמצאים בקרבתם.
אג'לו וצוותו ניצלו את היכולת של פרמי להבחין בין קרינת הגמא לקרינת הכוכבים, וניתחו כמעט תשע שנים של תצפיות אחר קרינת גמא הנפלטת מ-739 בלאזרים. בלאזרים הם חורים שחורים על-מסיביים פעילים, כלומר חורים שחורים ענקיים ה"זוללים" חומר, הנמצאים בלב גלקסיות ופולטים סילונים צרים של קרינה השועטים על פני הקוסמוס במהירויות הקרובות למהירות האור.
Blazar-illustration.jpg
כשסילון כזה פוגע בכדור הארץ, חוקרים יכולים להבחין בו אפילו אם מקורו בגלקסיה רחוקה ביותר. בדרך לגלקסיה שלנו, סילון הפוטונים של קרינת הגמא מהבלאזר חוצה את החלל הבין-גלקטי, ובדרכו הוא הוא חוצה גם את אור הרקע החוץ-גלקטי, כלומר את סך כל אור הכוכבים שנפלט מכל הגלקסיות. ומאחר שהפוטונים של קרינת הגמא הנמצאים בתוך הסילונים האלה מתנגשים עם הערפל הקוסמי הזה, החוקרים יכלו לחשב את צפיפות הפוטונים בין הגלקסיות על ידי מדידת כמות הפוטונים של קרני הגמא שנספגו בדרך.
מפת דרכים למפץ הגדול
ככלל, ההיסטוריה של היווצרות הכוכבים ביקום היא נושא שנחקר כבר עשורים רבים. אלא שעד כה היה קושי ממשי במדידת האור הבוקע מגלקסיות רחוקות או עמומות כל כך – שאין בנמצא טלסקופים המסוגלים להבחין בהן. החוקרים עקפו את הבעיה הזאת על ידי מדידת אור הרקע החוץ-גלקטי, שמורכב גם מאור גם מהגלקסיות הרחוקות והעמומות ביותר, הישג שהתאפשר, כאמור, הודות לנתונים החדשים של טלסקופ החלל קפלר על התפרצויות הגמא.
למדידתו הישירה של אור הרקע החוץ-גלקטי בכל שלבי האבולוציה של היקום ישנן השלכות מרחיקות לכת על תחומי מחקר רבים, כמו חקר האבק הקוסמי, האבולוציה של גלקסיות ופיזורו של החומר האפל. אבל אולי ההשלכה המרגשת מכולן היא היכולת שלנו למדוד באופן ישיר את ראשית הזמן. "הלוויינים הקיימים שלנו אינם מסוגלים לחקור את מיליארד השנים הראשונות בהיסטוריה של היקום שלנו", אמר אנג'לו. "המדידה החדשה מאפשרת להציץ הצצה ישירה ראשונה לתקופה הזאת".
בין היתר, החוקרים מקווים כי עבודתם תשמש כמעין מפת דרכים למשימות עתידיות שיחפשו אחר ראשיתן של הגלקסיות הקדומות ביותר – כמו באמצעות טלסקופ החלל ג'יימס ווב, שישוגר לפי התכנית ב-2021.