באדיבות NASA ו-WMAP
מדידת קצב ההתפשטות של היקום דרשה מאמץ הרואי. האבל עצמו למד עד כמה המדידה קשה: הוא בלבל בין שני סוגים של כוכבים משתנים מסוג קפאיד, וקיבל קצב התפשטות גבוה בערך פי שבעה מהנכון. מכיוון שההופכי של קצב ההתפשטות נותן הערכה לגיל היקום, הגיל שהסיק היה שני מיליארד שנה בלבד – פחות מגיל כדור הארץ! זה היה משבר באסטרונומיה, עד שהבינו את מקור הבעיה. נדרשו חצי מאה ומאמץ של עשרות אסטרונומים ומאות לילות של זמן טלסקופ כדי למדוד את קצב ההתפשטות בדיוק טוב מ-10%. בעשור האחרון הגיע הדיוק ל-5%, אבל זה דרש מאמץ עצום של עשרות טלסקופים ומאות אסטרונומים.
כשהתפתחה הקוסמולוגיה בשנות ה-60, כבר היה ידוע שהכבידה של כל הגלקסיות ביקום אמורה לבלום, כלומר להאט, את קצב ההתפשטות ההתחלתי. קבוע האבל אינו באמת קבוע: זהו פרמטר שהשתנה לאורך הזמן הקוסמי. המשיכה ההדדית של כל הגלקסיות האטה את ההתפשטות, ואת ההאטה הזו היה אמור להיות אפשר לראות אם מרחיבים את יחס האבל – הקשר הליניארי בין המרחק לגלקסיות להיסט לאדום שלהן – למרחקים גדולים יותר, כלומר לזמני מבט לאחור ארוכים יותר. זכרו: אור רחוק הוא אור ישן, ולכן גלקסיות בהיסט לאדום גבוה יותר נראות כפי שהיו בעבר, כשקצב ההתפשטות אמור היה להיות גבוה יותר. בשנות ה-70 וה-80 ניסו האסטרונומים, בעזרת טלסקופים גדולים, לשחזר את ההיסטוריה של התפשטות היקום. זה היה אמור לתת מדד לכמות החומר ביקום. באמצע שנות ה-80 נראה שהתשובה ברורה: השינוי בקצב ההתפשטות כשמביטים אחורה בזמן קטן מאוד, כלומר אין ביקום מספיק מסה כדי להתגבר על ההתפשטות ההתחלתית. היקום נידון להתפשט לנצח.
בשנות ה-90 המשיכו האסטרונומים במחקר הזה, והשתמשו בסופרנובות כמדדי מרחק. הסופרנובות שנוצרות מהעברת מסה במערכת כפולה (סוג Ia) שימושיות מאוד בקוסמולוגיה: מהשטף שלהן בשיא אפשר להעריך את המרחק בדיוק של כ-15%, והן בהירות מספיק כדי להאפיל על כל הגלקסיה שלהן ולהיראות ממרחקים של 5 עד 8 מיליארד שנות אור. התוצאה של העבודה הזו הייתה הפתעה עצומה! במקום להיראות בהירות יותר מהצפוי במודל שבו קצב ההתפשטות אינו משתנה (האטה לאורך הזמן הייתה גורמת להן להיות קרובות מהצפוי), הסופרנובות היו חיוורות יותר – כלומר רחוקות יותר מהצפוי. את החיוורון הבלתי צפוי של הסופרנובות הרחוקות פירשו כהאצה של התפשטות היקום בחמשת מיליארד השנים האחרונות. הכבידה יכולה רק להאט את ההתפשטות; כאן פעל משהו בעל תכונה הפוכה לכבידה. את המחקר עשו קבוצות מחקר בראשותם של סול פרלמוטר, אדם ריס ובריאן שמידט, ועל גילוי ההאצה של היקום הם זכו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2011.
ההיסטוריה של התפשטות היקום היא כלי אבחון חשוב מאוד להרכב של היקום. היקום התחיל לפני 13.8 מיליארד שנה, במצב חם וצפוף במיוחד שנקרא המפץ הגדול. קצב ההתפשטות ההתחלתי היה מהיר מאוד. אחר כך ההתפשטות הואטה בהשפעת החומר, ובעיקר החומר האפל. לפני כחמישה מיליארד שנה התחיל קצב ההתפשטות לגדול, כשהרכיב שהאסטרונומים מכנים אנרגיה אפלה נעשה דומיננטי. ככל הידוע לנו, קצב ההתפשטות ימשיך לגדול גם בעתיד, וירחיק את הגלקסיות זו מזו במהירות הולכת וגדלה.
באדיבות NASA
הגלקסיות הרחוקות ביותר שאנחנו קולטים את האור שלהן נמצאות היום במרחק של 46 מיליארד שנות אור. זה נשמע לא הגיוני: איך יכולות להיות גלקסיות רחוקות כל כך ביקום שגילו 13.8 מיליארד שנה בלבד? התשובה היא שבחלק גדול מההיסטוריה המוקדמת שלו, היקום התפשט מהר ממהירות האור – כלומר, המרחק בין נקודות רחוקות מספיק במרחב המתפשט גדל מהר ממהירות האור. לכן יש אזורים ביקום שמעולם לא ראינו, כי האור שלהם לא הספיק להגיע אלינו בכל ההיסטוריה של היקום. בזכות ההאטה, חלק מהאזורים האלה נכנסו לטווח הראייה, וככל שהיקום הזדקן, אזורים רחוקים יותר ויותר נעשו נצפים. אבל בתקופה האחרונה קצב ההתפשטות הולך וגדל, ולכן חלק מהגלקסיות שאנחנו רואים היום ייעלמו בעתיד מטווח הראייה שלנו. היקום מוזר ומדהים יותר מכל מה שיכולנו לדמיין!
→ הסעיף הקודם: 16.24 ההיסטוריה של יצירת הכוכבים ביקום | הסעיף הבא: 17.1 קוסמולוגיה ←