הרכב היקום

היקום הוא מקום עצום ומרתק. כאשר אסטרונומים שוקלים ממה הוא עשוי, הם יכולים להצביע בצורה הישירה ביותר על מיליארדי הגלקסיות שהוא מכיל. לכל אחד מהם יש מיליונים או מיליארדים - או אפילו טריליון מיליוני כוכבים. לרבים מאותם כוכבים יש כוכבי לכת. יש גם ענני גז ואבק.

בין הגלקסיות, שם נראה שיהיו מעט מאוד "דברים", ישנם עננים של גזים חמים במקומות מסוימים, בעוד באזורים אחרים כמעט חללים ריקים. כל זה חומר שניתן לאתר. אז כמה קשה יכול להסתכל על הקוסמוס ולהעריך, ברמת דיוק סבירה, את כמות המסה הזוהרת (החומר שאנחנו יכולים לראות) היקום, באמצעות רדיו, אינפרא אדום ו צילום רנטגן אסטרונומיה?

כעת, כאשר יש לאסטרונומים גלאים רגישים ביותר, הם מבצעים התקדמות רבה בכדי להבין את מסת היקום ומה מרכיב אותה המסה. אבל זו לא הבעיה. התשובות שהם מקבלים לא הגיוניות. האם השיטה שלהם להוסיף את המסה שגויה (לא סביר) או שיש משהו אחר שם בחוץ; משהו אחר שהם לא יכולים ראה? כדי להבין את הקשיים, חשוב להבין את המסה של היקום ואיך מודדים אותו אסטרונומים.

אחת מהראיות הגדולות ביותר למסת היקום היא דבר שנקרא רקע מיקרוגל קוסמי (CMB). זה לא "מחסום" פיזי או משהו כזה. במקום זאת, זהו מצב של היקום המוקדם שניתן למדוד באמצעות גלאי מיקרוגל. ה- CMB מתוארך זמן קצר לאחר המפץ הגדול והוא למעשה טמפרטורת הרקע של היקום. חשוב על זה כחום שניתן להבחין בכל הקוסמוס באופן שווה מכל הכיוונים. זה לא בדיוק כמו החום שיורד מהשמש או קורן מכוכב לכת. במקום זאת, מדובר בטמפרטורה נמוכה מאוד שנמדדת ב -2.7 מעלות ק. כאשר אסטרונומים הולכים למדוד טמפרטורה זו, הם רואים תנודות קטנות אך חשובות המתפשטות על רקע "חום" זה. עם זאת, העובדה שהוא קיים פירושה שהיקום בעצם "שטוח". זה אומר שהוא יתרחב לנצח.

אז מה המשמעות של השטיחות הזו כדי להבין את מסת היקום? בעיקרון, בהתחשב בגודל המדוד של היקום, זה אומר שצריך להיות מספיק מסה ואנרגיה בתוכו כדי שיהיה "שטוח". הבעיה? ובכן, כאשר אסטרונומים מוסיפים את כל אלה עניין "רגיל" (כמו כוכבים וגלקסיות, בתוספת הגז ביקום, זה רק כ -5% מהצפיפות הקריטית שיקום שטוח צריך כדי להישאר שטוח.

המשמעות היא שעדיין לא אותרה 95 אחוז מהיקום. זה שם, אבל מה זה? איפה זה? מדענים אומרים שזה קיים חומר אפל ו אנרגיה שחורה.

המסה שאנו יכולים לראות נקראת חומר "בריוני". זהו כוכבי הלכת, הגלקסיות, ענני הגז והאשכולות. המסה שלא ניתן לראות נקראת חומר אפל. יש גם אנרגיה (אור) שניתן למדוד; באופן מעניין, יש גם את מה שמכונה "אנרגיה אפלה". ואף אחד לא יודע מושג מה זה.

אז מה מורכב מהיקום ובאילו אחוזים? להלן פירוט של הפרופורציות הנוכחיות של המסה ביקום.

ראשית, ישנם האלמנטים הכבדים. הם מהווים בערך ~ 0.03% מהיקום. במשך כמעט חצי מיליארד שנה אחרי לידת היקום היסודות היחידים שהיו קיימים היו מימן והליום. הם לא כבדים.

עם זאת, לאחר שנולדו כוכבים, חיו ומתו, היקום התחיל להזרע עם יסודות כבדים יותר ממימן והליום ש"התבשלו "בתוך כוכבים. זה קורה כשכוכבים ממזגים מימן (או יסודות אחרים) בליבות שלהם. Stardeath מפיץ את כל אותם אלמנטים לחלל דרך פיצוציות פלנטריות או סופרנובה. ברגע שהם מפוזרים לחלל. הם מהווים חומר עיקרי לבניית הדורות הבאים של כוכבים וכוכבי לכת.

עם זאת, מדובר בתהליך איטי. אפילו כמעט 14 מיליארד שנה לאחר היווצרותו, חלק קטן בלבד ממסת היקום מורכב מאלמנטים כבדים יותר מהליום.

נייטרינו הוא גם חלק מהיקום, אם כי רק כ- 0.3 אחוז ממנו. אלה נוצרים במהלך תהליך ההתמזגות הגרעינית בליבות הכוכבים, נויטרנו הם חלקיקים כמעט חסרי-מסה הנעים כמעט במהירות האור. יחד עם חוסר המטען שלהם, ההמונים הזעירים שלהם פירושם שהם אינם מתקשרים בקלות עם המסה למעט השפעה ישירה על גרעין. מדידת נייטרינים אינה משימה קלה. עם זאת, הדבר איפשר למדענים לקבל הערכות טובות של שיעורי היתוך גרעיני של השמש שלנו וכוכבים אחרים, כמו גם הערכה של אוכלוסיית הנייטרינו הכוללת ביקום.

כשכוכבי כוכבים מציצים לשמי הלילה רוב מה שמראה הוא כוכבים. הם מהווים כ- 0.4 אחוז מהיקום. עם זאת, כאשר אנשים מסתכלים על האור הנראה שמגיע מגלקסיות אחרות אפילו, רוב מה שהם רואים הם כוכבים. נראה מוזר שהם רק חלק קטן מהיקום.

אז מה יותר, בשפע מכוכבים ונייטרינו? מסתבר כי בארבעה אחוזים גזים מהווים חלק גדול בהרבה מהקוסמוס. הם בדרך כלל תופסים את החלל בין כוכבים, ולצורך העניין, המרחב בין גלקסיות שלמות. גז בין-כוכבי, שהוא בעיקר רק מימן והליום אלמנטים חופשיים, מהווה את רוב המסה ביקום שניתן למדוד ישירות. גזים אלה מתגלים באמצעות מכשירים הרגישים לאורכי הגל הרדיו, האינפרא אדום ורנטגן.

חומר אפל

ה"חומר "השני השופע ביותר ביקום הוא דבר שאיש לא ראה אחרת גילה. עם זאת, הוא מהווה כ 22 אחוז מהיקום. מדענים מנתחים את התנועה (סיבוב) של גלקסיות, כמו גם יחסי הגומלין בין גלקסיות באשכולות גלקסיות, מצאו שכל הגז והאבק הקיימים אינם מספיקים כדי להסביר את המראה והתנועות של הגלקסיות. מסתבר ש 80 אחוז מהמסה בגלקסיות אלה חייבים להיות "אפלים". כלומר, לא ניתן לזהות אותו ב- כל אורך גל האור, רדיו דרך קרני גאמה. לכן "הדברים" האלה נקראים "חומר אפל".

זהות המיסה המסתורית הזו? לא ידוע. המועמד הטוב ביותר הוא חומר אפל קר, שמתאורז להיות חלקיק הדומה לניטרינו, אך בעל מסה גדולה בהרבה. נהוג לחשוב שחלקיקים אלה, המכונים לעתים קרובות חלקיקים מאסיביים בצורה חלשה ביניהם (WIMPs) נבעו מאינטראקציות תרמיות בתחילת הדרך גלקסיה תצורות. עם זאת, עד כה לא הצלחנו לאתר חומר אפל, במישרין או בעקיפין, או ליצור אותו במעבדה.

המסה השופעת ביותר ביקום אינה חומר אפל או כוכבים או גלקסיות או ענני גז ואבק. זה משהו שנקרא "אנרגיה אפלה" והוא מהווה 73 אחוז מהיקום. למעשה, אנרגיה כהה אינה (סביר להניח) אפילו מסיבית. מה שהופך את סיווג "המיסה" למבלבל במקצת. אז מה זה? יתכן שמדובר בתכונה מוזרה מאוד של זמן המרחב עצמו, או אולי אפילו איזשהו שדה אנרגיה לא מוסבר (עד כה) המחלחל ליקום כולו. או שזה לא אחד מהדברים האלה. אף אחד לא יודע. רק זמן והרבה הרבה נתונים נוספים יגידו.

נערך ועודכן על ידי קרולין קולינס פיטרסן.