התחממות מאוחרת: גילויים חדשים בנוגע להיווצרות היקום

מחקר חדש באוניברסיטת תל־אביב מעלה שבניגוד לסברה המקובלת, החורים השחורים שנוצרו מהכוכבים הראשונים חיממו את הגז ברחבי היקום בתקופה מאוחרת והותירו סימן ברור שאפשר לאתר באמצעות גלי רדיו. על המאמר, שהתפרסם בכתב העת Nature, חתומים ד"ר אנסטסיה פיאלקוב מאוניברסיטת תל־אביב ומ"אקול נורמל סופרייר" בפריז, פרופ' רנן ברקנא מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל־אביב, וד"ר אלי ויסבאל מהאוניברסיטאות קולומביה והרווארד בארצות הברית.

"אחד התחומים המרתקים באסטרונומיה הוא חקר עידן היווצרות הכוכבים הראשונים", מסביר פרופ' ברקנא. "מכיוון שהיקום היה אז מלא באטומים של מימן, הדרך המבטיחה לצפות בעידן הזה היא בעזרת מדידת גלי רדיו מהיקום הקדום, מאחר שהקרינה של מימן היא באורך גל של 21 ס"מ – בתחום של גלי רדיו".

בניגוד לארכיאולוגים, שיכולים רק לבחון שרידים של העבר, אסטרונומים יכולים לראות את העבר הרחוק בצורה ישירה
צילום: שאטרסטוק

אסטרונומים חוקרים את ההיסטוריה הרחוקה שלנו וחוזרים מיליארדי שנה אל העבר הרחוק. בניגוד לארכיאולוגים, שיכולים רק לבחון שרידים של העבר, אסטרונומים יכולים לראות את העבר הרחוק בצורה ישירה. הסיבה לכך היא שהאור מעצמים מרוחקים מגיע אלינו לאחר זמן רב, ואנו רואים את העצמים האלה כפי שנראו כשפלטו את האור. כתוצאה מכך, אם אסטרונומים מסתכלים מספיק רחוק בעזרת טלסקופים רבי עוצמה, הם יכולים לראות את הכוכבים הראשונים, ממש כפי שהיו ביקום המוקדם. משמעותה של התגלית החדשה, שלפיה החימום הקוסמי קרה מאוחר יותר ממה שסברו עד כה, היא שככל הנראה לא יהיה צורך להסתכל רחוק כל כך כדי לראות את האירוע הקוסמי הזה, ויהיה קל יותר לגלות אותו מאשר שיערו בתחילה.

לחקור חור שחור

גילוי החימום הקוסמי יאפשר בין היתר לחקור את החורים השחורים המוקדמים, מכיוון שהחימום נבע מחורים שחורים במערכות כפולות. מערכות אלה נוצרו מכוכבים בינאריים (כפולים); הכוכב המסיבי יותר מהשניים סיים את חייו בפיצוץ סופרנובה שהשאיר במקומו חור שחור. בהמשך, גז מהכוכב השני במערכת נשאב אל החור השחור, נקרע תחת כוח משיכתו העצום ופלט קרינה באנרגיות גבוהות – קרינת X (רנטגן). קרינה זו מגיעה למרחקים, וחוקרים סוברים שהיא חיממה מחדש את הגז ביקום, אחרי שהספיק להתקרר כתוצאה מהתפשטות היקום. החידוש במחקר הנוכחי הוא בהערכת הזמן שבו התרחש החימום.

"עד היום חשבו שהחימום התרחש מוקדם מאוד", אומר ברקנא, "אבל אנו גילינו שהתמונה המקובלת הזאת תלויה באנרגיה המדויקת של קרינת ה־X המחממת. תצפיות שנערכו בשנים האחרונות מראות כי חורים שחורים במערכות כפולות פולטים קרינה באנרגיות גבוהות במיוחד, וממצא זה משנה את הציפיות שלנו לגבי החימום הקוסמי. קיבלנו ניבוי חדש לתקופה מוקדמת (כשהיקום היה בן 400 מיליון שנה בלבד), שבה נְצפה לגלות גלי רדיו אחידים בשמים, שנפלטו מגז המימן הקדום".

עד כה החלו קבוצות בינלאומיות של תצפיתנים להפעיל מערכים חדשים של טלסקופים בגלי רדיו, כדי לגלות את גלי הרדיו מהמימן ביקום המוקדם. המערכים האלה תוכננו תחת ההנחה שהחימום הקוסמי התרחש מוקדם מדי מכדי שנוכל לראותו, ולכן הם סברו שהטלסקופים יוכלו לחפש רק אירוע קוסמי מאוחר יותר, שבו הקרינה מהכוכבים שברה את אטומי המימן במרחבים שבין הגלקסיות. התגלית החדשה הופכת על פיה את ההנחה המקובלת, ומעלה את האפשרות שמערכי הרדיו האלה יגלו גם סימנים לחימום הגז ביקום על ידי החורים השחורים המוקדמים.