קיטוב עדתי: עדויות מהמפץ הגדול?
בקוטב הדרומי נמדד קיטוב של קרינת הרקע הקוסמית המעיד על התנפחות מהירה של היקום חלקיקי שנייה אחרי המפץ הגדול
הכל יודעים שהיקום נברא מהמפץ הגדול. נקודה בזמן, לפני כ-14 מיליארד שנים, שממנה החל היקום לגדול ולגדול ולגדול עד שהגיע למימדיו הנוכחיים. ההוכחות לכך פשוטות: הגלקסיות שאנחנו רואים מתרחקות אלה מאלה ככל שחולף הזמן. בהרצת הסרט אחורה הן היו בעבר קרובות יותר עד כדי מרק אחיד של חומר ואנרגיה. עד כ-400 אלף שנים לאחר המפץ הגדול, החומר והקרינה היו צמודים זה לזו, מעין "באשר תלכי אלך". לפיכך, כל מה שקרה לחומר הוטבע בקרינה – לעד.
בעקבות ההתפשטות וההתקררות של היקום נפרדו החומר והקרינה. הקרינה המשיכה וממשיכה לשוט בעולם ולמלא אותו מקצה עד קצה. לפני בדיוק 50 שנים נצפתה הקרינה הזו בטלסקופ רדיו גדול באורכי גל של חלקי סנטימטר עד סנטימטרים בודדים.
כל כמה שהקרינה הזאת אחידה (בטמפרטורה ובעוצמה) לכל כיוון שאליו מסתכלים, עדיין יש בה סטיות קטנטנות של כאחד חלקי 100 אלף מאחידות. הסטיות האלה מעידות, בין היתר, על כך שגם בצפיפות החומר ביקום היו הבדלים קטנים, אי אז כשהקרינה והחומר היו אחוזים זה בזו. ההבדלים הללו, מאמינים האסטרו-פיזיקאים, הם שגדלו בסופו של דבר לגלקסיות, לכוכבים, לפלנטות והם שאפשרו את קיומנו.
בהסבר האלגנטי הזה של המפץ הגדול התגלעו כבר בשנות השמונים מספר בעיות. לדוגמה, כיצד "יודע" צד אחד של היקום (הכיוון שממנו מודדים את הקרינה) על הצד השני? מדוע בשני הכיוונים הקרינה זהה, בלי שהם היו אי פעם במגע זה עם זה? מצד שני, מה מקור הסטיות הקטנות? מדוע אין הקרינה אחידה לחלוטין? ועוד ועוד.
כדי לענות על שאלות אלה הוצע תרחיש שאירע שברירי שניה לאחר המפץ הגדול, תרחיש שבו היקום התפשט במהירות עצומה, גדולה ממהירות האור (לא, אין סתירה לתורת היחסות). לתקופה זו, שאף משכה ארך חלקיקי שנייה בלבד, קוראים "אינפלציה" או "תפיחה". כשמדובר בזמנים קצרים כל כך ועל כן במרחקים קטנים כל כך, נזקקים לתורת הקוונטים שרק היא מתארת אותם נאמנה. מאחר שתורת הקוונטים מנבאת שאין אחידות מלאה בשום מקום – תמיד יתקיימו גלים ואדוות, צורפו האדוות הללו לתרחיש האינפלציה והן אלה שמספקות את הסטייה מאחידות שאנחנו צופים בה וזקוקים לה לקיומנו. האדוות השפיעו גם על המרחב ממש, כמו ספינה חולפת במים המשאירה אחריה שובל תנועה.
נוצר על ידי NASA מתוך ויקיפדיה
במקרה דנן, ה"שובל" מורכב מאזורים צפופים יותר וצפופים פחות במרחב. אלה הם "גלים גרביטציוניים" שכאמור, משפיעים גם על הקרינה. בגלל הייחודיות של גלים גרביטציוניים, הם משפיעים על הקרינה באופן מובהק – הם משאירים חותם על הקיטוב שלה.
לגלים אלקטרו-מגנטיים (אור נראֶה, גלי מיקרו, גלי רדיו וכו') יש תכונה הקרויה קיטוב. כשאור מתקדם לעברנו הוא מתנדנד כגל לכיוון מעלה-מטה ו\או ימינה-שמאלה. משקפי פולארויד, לדוגמה, חוסמים אחד הרכיבים האלה וכך מקטינים את כמות האור המגיעה לעיננו. אור מקוטב, מתנדנד רק לכיוון אחד. אפשר לתאר את הקיטוב גם באופן אחר (לא "למעלה-למטה" וכו') ולפרק אותו לתנודה באופן E ותנודה באופן B. גלי כבידה, ולא שום התערבות אחרת, משאירים את רישומם המובהק על אופן B המתאר את מידת ה"סלסול" (Curl) של הקיטוב – אופן הקשר של קיטוב בכיוון אחד לקיטוב בכיוון הניצב לו.
במסגרת: התנועות שאותרו בקרינת הרקע הקוסמית
צילום: NASA
אזור אופטמילי למדידות
את הקיטוב הזה של הקרינה הקוסמית מדדו בין השנים 2010 ו-2012 באמצעות טלסקופ המוצב סמוך לקוטב הדרומי. הגובה מעל פני הים, האויר היבש והקר והעדר שינויי טמפרטורה גדולים במהלך היממה בקוטב הדרומי הופכים אותו לאטרקטיבי במיוחד למדידות של גלי רדיו. הטלסקופ, בקוטר של פחות מ-30 ס"מ, צפה בשטח לא גדול של כ-380 מעלות קשת רבועות על פני השמיים.
את המרחק האופייני בין אזורים שבהם הקיטוב דומה קובע המועד המדויק שבו התרחשה האינפלציה ותכונות נוספות שלה. בכל מקרה, המִרווח הזה עומד על כמעלת קשת אחת. להשוואה – קוטר הירח המלא הוא כחצי מעלת קשת. אם מודדים קיטוב B גדול באזור מסוים, יש סיכוי רב למצוא אזור בעל קיטוב דומה במרחק מעלת קשת ממנו. זו בעצם ההוכחה לכך שהמדידות אכן מעידות על השפעת האינפלציה על הקרינה.
ידוע לנו רק על עוד גורם אחד שיכול לתרום לקרינה קיטוב B: עדשות כבידה של עצמים הנמצאים בדרכה של הקרינה אלינו. למרבה המזל, המרחק האופייני של אזורים דומים בשל עדשות כבידה הוא פחות מעשירית של מעלת קשת, כך שאפשר בקלות להפריד בין שני הגורמים המתחרים.
הגילוי הזה, שתואם בצורה מפליאה את הניבויים לאופי האינפלציה, מהווה נקודת ציון מעוד בחינות. זו פעם ראשונה שרישומם של גלי כבידה נמדד. כבר למעלה מעשור מנסים פיזיקאים למדוד השפעת גלים כאלה במעבדה. בדרך כלל מנסים למדוד גלי הדף שנגרמים מקריסה של כוכבים רחוקים ושאמורים להימדד על ידי מוטות ארוכים שמשנים את אורכם במעט בכיוון מסוים. עד כה עלו כל הנסיונות הללו בתוהו. עתה הגיעה מדידה מזווית שונה לגמרי.
זו גם פעם ראשונה שמוכח האופי הקוונטי של הגרביטציה (ואם המשפט הזה נשמע מעט קריפטי זה משום שהוא אכן כזה). גיזת הזהב של הפיזיקאים היא איחוד בין גרביטציה לבין שאר הכוחות בטבע, או במילים אחרות בין תורת היחסות הכללית לבין תורת הקוונטים.
צילום: NASA
כדאי להדגיש כי כאשר פורסמו התוצאות ב-17 במרץ 2014, היה זה אחרי בדיקה מדוקדקת של כל החברים בצוות הגדול שעמד מאחוריהן (BICEP2 – Background Imaging of Cosmic Extragalactic Polarization 2) שלא חל שום "זיהום" של המדידות. קיימים מקורות זיהום אפשריים רבים, החל מקרינה שמקורה בגלקסיה שלנו – שביל החלב, וכלה באבק בין כוכבי שמקטב אף הוא את קרינת הרדיו. על אף הדקדקנות, החשש שהמדידות, או הפירוש שלהם, שגויים – קיים תמיד. יש לזכור שבמדידות הללו מוצאים הבדלי טמפרטורות של חלקי מיליונית של מעלת טמפרטורה – אתגר לא פשוט. לכן, עד שלא ישוחזרו המדידות בניסויים אחרים, הקהילייה המדעית כולה תמשיך ותטיל ספק בתוצאות וטוב שכך.
אם וכאשר יאוששו התצפיות וכל ההבנה שנובעת מהן תהפוך מוצקה, נעמוד בפני הישג ענק למדע ולהבנתנו את התפתחות היקום. או אז יצוצו שאלות חדשות שאנחנו עדיין איננו יודעים אפילו לשאול.