איך היקום מתרחק מהר יותר מהאור

מה קורה?

אחת השאלות המבלבלות בקוסמולוגיה היא איך ייתכן שהיקום הנצפה משתרע למרחק של עשרות מיליארדי שנות אור, אף שגילו של היקום מוערך בכ-13.77 מיליארד שנה. התשובה, לפי המודל הקוסמולוגי המקובל כיום, היא שהחלל עצמו מתפשט בזמן שהאור עושה את דרכו אלינו.

בפועל, כשטלסקופ קולט אור מגלקסיה רחוקה, הוא אינו מראה לנו היכן הגלקסיה נמצאת כיום אלא איך היא נראתה ברגע שבו האור יצא לדרך. מאז, במשך מיליארדי שנים, היקום המשיך להתרחב והגדיל את המרחק בינינו לבין אותה גלקסיה. לכן אסטרונומים נזקקים למודלים קוסמולוגיים כדי להעריך את המרחק העדכני שלה כיום.

המודל המוביל לכך הוא LCDM, שמאגד את תמונת היקום המודרנית בעזרת חומר אפל ואנרגיה אפלה. גם אם יש ויכוחים מקצועיים על פרטים במודל הזה, התמונה הרחבה נשארת דומה: היקום גדל, והמרחקים הגדולים ביותר בתוכו משתנים כל הזמן.

למה זה קורה?

כאן נכנס ההבדל החשוב בין תנועה דרך החלל לבין התפשטות של החלל עצמו. תורת היחסות הפרטית של איינשטיין קובעת שעצם מקומי לא יכול לחלוף ליד צופה במהירות העולה על מהירות האור. אבל היא אינה אוסרת על כך שהמרחק בין שני אזורים רחוקים מאוד ביקום יגדל בקצב גדול יותר ממהירות האור, משום שלא מדובר ב"דהירה" רגילה של גוף מנקודה לנקודה.

הדרך למדוד את ההתרחקות הזאת היא באמצעות היסט לאדום: ככל שגלקסיה מתרחקת, אורכי הגל של האור שלה נמתחים לכיוון האדום. אדווין האבל השתמש בתופעה הזאת כדי לבסס את הרעיון שהיקום מתפשט. ככל שהגלקסיה רחוקה יותר, בדרך כלל יש יותר חלל בינה לבינינו — ולכן גם יותר "מרחב" שיכול להתרחב.

אחד המונחים המרכזיים בהקשר הזה הוא "מרחק האבל" — המרחק שממנו והלאה גלקסיות מתחילות להתרחק בקצב העולה על מהירות האור. לפי ההסבר הזה, הגבול הזה נמצא בערך במרחק של 13.77 מיליארד שנות אור.

מה ההיסטוריה?

ההבנה הזאת נולדה מתוך המהפכה הקוסמולוגית של המאה ה-20. במשך שנים רבות חשבו מדענים על יקום סטטי למדי, אך התצפיות של האבל שינו את התמונה והראו שהיקום איננו קפוא, אלא מתרחב. בהמשך פותחו מודלים מתמטיים שמתארים לא רק את ההתפשטות עצמה, אלא גם את הקצב שלה לאורך ההיסטוריה הקוסמית.

כך נוצר גם המושג "היקום הנצפה" — בועת המרחב שממנה אור הספיק להגיע אלינו מאז המפץ הגדול. הגבול החיצוני שלה מכונה לעתים אופק החלקיקים או האופק הקוסמולוגי, והוא מסמן את המרחק הגדול ביותר שממנו אנו יכולים לקבל מידע כיום. לפי ההסבר הזה, הגבול הזה עומד כיום על כ-45 מיליארד שנות אור, משום שבזמן שהאור התקדם אלינו, המרחב עצמו המשיך להימתח.

לצד זאת קיים גם גבול אחר, מחמיר יותר: אופק האירועים הקוסמולוגי. זהו הקו שמעבר לו אור שנפלט עכשיו לא יוכל להגיע אלינו לעולם, משום שהתפשטות היקום תגדיל את המרחק מהר מדי. הגבול הזה מוערך כיום בכ-17 מיליארד שנות אור.

מה המשמעות?

המשמעות המעשית היא שאנחנו עדיין יכולים לראות גלקסיות שמתרחקות כיום מהר יותר ממהירות האור, משום שהאור שאנחנו קולטים מהן יצא לדרך כשהן היו קרובות הרבה יותר. במילים אחרות, אנחנו לא צופים בהווה שלהן, אלא בעבר הרחוק שלהן.

אבל התמונה הזאת אינה קבועה. האנרגיה האפלה, שלפי המודל המקובל מניעה התפשטות מואצת של היקום, מרחיקה אזורים רחוקים עוד יותר מהר. לפי ההסבר, אופק האירועים הקוסמולוגי ימשיך לגדול בעתיד ויתקרב בסופו של דבר למרחק מרבי של כ-60 מיליארד שנות אור. גם בתוך התחום הזה, אור מגלקסיות מרוחקות במיוחד יימתח לאורך גל כה גדול עד שיהפוך בפועל לבלתי נראה.

המשמעות הדרמטית ביותר נוגעת לעתיד הרחוק מאוד של התצפית האסטרונומית: בעוד כ-100 מיליארד שנה, כל הגלקסיות שמחוץ לקבוצה המקומית צפויות לדעוך מן הראייה. עבור צופים שיחיו אז, היקום ייראה קטן, ריק ומבודד הרבה יותר מזה שאנו רואים כיום.