משדרים מהשטח: גלי רדיו מהירח ישפכו אור על היקום הקדום

מחקר חדש של אוניברסיטת תל אביב הצליח לראשונה לנבא תוצאות פורצות בנוגע ליקום שבו אנו חיים באמצעות גלי רדיו שמקורם מהירח. מממצאי המחקר עולה כי באמצעות מדידת גלי הרדיו ניתן יהיה לבדוק את המודל הקוסמולוגי הסטנדרטי בצורה חדשנית וכן את הרכב היקום והמשקל של חלקיקי הנויטרינו ביקום, ואולי גם לסייע לעולם המדע לפצח נדבך נוסף בתעלומת החומר האפל.

היסטוריה בשידור חי

המחקר נערך בהובלת קבוצת המחקר של פרופ' רנן ברקנא, כולל הפוסט-דוקטורנט ד״ר ראג׳ש מונדאל, מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה בפקולטה למדעים מדויקים. המחקר פורסם בכתב העת היוקרתי Nature Astronomy.

לדברי החוקרים, ניתן לחקור את תקופת החושך הקוסמית (העידן שלפני היווצרות הכוכבים הראשונים), בעזרת גלי רדיו שפלט גז המימן שמילא את היקום באותה תקופה. אמנם בכל רכב יש אנטנה שקולטת גלי רדיו, אבל גלי הרדיו מהיקום המוקדם נחסמים על ידי האטמוספירה של כדור הארץ. ניתן למדוד אותם רק מהחלל, ובמיוחד מהירח, שמספק סביבה יציבה, ללא הפרעות של אטמוספירה או תקשורת רדיו קרובה. כמובן שלא פשוט להביא טלסקופ אל הירח, אבל בימינו מתקיים מרוץ חלל בינלאומי שבו הרבה מדינות מנסות לחזור לירח עם חלליות ובסופו של דבר גם אסטרונאוטים. סוכנויות חלל בארה״ב, אירופה, סין, והודו, מחפשות מטרה מדעית לנחיתה על הירח, והמחקר החדש שם במרכז את מדידת גלי הרדיו מתקופת החושך הקוסמית.

״טלסקופ החלל החדש של נאסא ע״ש ג'יימס ווב, מצא לאחרונה כמה גלקסיות רחוקות, שהאור שלהן מגיע מתקופת השחר הקוסמי, כ-300 מיליון שנה אחרי המפץ הגדול", מסביר פרופ' ברקנא. "המחקר החדש שלנו עוסק בתקופה מוקדמת ומסתורית אף יותר: תקופת החושך הקוסמית (cosmic dark ages), כ-50 מיליון שנה בלבד אחרי המפץ הגדול. התנאים ביקום המוקדם היו שונים מאד מהיום. המחקר החדש משתמש בידע הקיים על התפתחות היקום ושוקל אפשרויות שונות לתצפיות בגלי רדיו, כדי להראות מה ניתן יהיה לגלות. ספציפית, חישבנו את עוצמת גלי הרדיו כפי שהיא משקפת את הצפיפות והטמפרטורה של גז המימן בזמנים שונים, ואז הראנו כיצד לנתח את המדידות על מנת להפיק מהן את המידע הרצוי״.

מה קרה בדקה שאחרי המפץ הגדול?

החוקרים מעריכים כי ממצאי המחקר עשויים להיות משמעותיים מאוד בהבנה המדעית של ההיסטוריה הקוסמית שלנו. כך למשל, עולה מהמחקר כי בעזרת אנטנה אחת על הירח, ניתן יהיה לבדוק את המודל הקוסמולוגי הסטנדרטי בצורה חדשנית ולדעת אם הוא מצליח להסביר את תקופת החושך הקוסמית או שהייתה אז הפרעה בהתפשטות היקום שתצביע על תגלית חדשה. כמו כן, החוקרים מעריכים שבעזרת טלסקופ רדיו המורכב ממערך של אנטנות, ניתן יהיה למדוד במדויק את הרכב היקום (במיוחד כמות המימן וכמות ההליום שבו).

המימן הוא התצורה המקורית של החומר הרגיל ביקום, שממנו נוצרו הכוכבים, כוכבי הלכת, ובסוף גם אנחנו. יש גם חשיבות אדירה למדידה מדויקת של כמות ההליום כי היא תעזור להבין את התקופה הקדומה של כדקה אחרי המפץ, שבה ההליום נוצר כאשר היקום כולו היה בעצם כור גרעיני פעיל. בעזרת מספר גדול עוד יותר של אנטנות על הירח, נוכל למדוד גם את המשקל של חלקיקי הנויטרינו ביקום. אלה הם חלקיקים קטנים שנפלטים בתהליכים גרעיניים שונים; המשקל שלהם הוא נעלם קריטי בפיתוח יסודות פיזיקת החלקיקים מעבר למודל הסטנדרטי המקובל.

"כשפותחים חלון חדש במדע בדרך כלל מגלים הפתעות. בעזרת התצפיות המוצעות, יש אפשרות לגלות תכונות שונות של החומר האפל, שהוא התעלומה הגדולה ביותר: אנחנו אמנם יודעים שהוא רוב החומר ביקום, אבל תכונותיו וטבעו עדיין מסתוריים. בהחלט, תקופת החושך הקוסמית עתידה לספק אור חדש על היקום", מסכם פרופ' ברקנא.

^{פרופ' רנן ברקנא}