חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב בראשות פרופ' רנן ברקנא גילו שהיקום התחמם מאוחר מהצפוי

מחקר חדש באוניברסיטת תל-אביב מעלה, שבניגוד לסברה המדעית המקובלת, החורים השחורים שנוצרו מהכוכבים הראשונים חיממו את הגז ברחבי היקום בתקופה מאוחרת והותירו סימן ברור שאותו תצפיתנים יכולים 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 בארה"ב.

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

לראות את העבר הרחוק

אסטרונומים חוקרים את ההיסטוריה הרחוקה שלנו, מיליארדי שנה אל העבר הרחוק. בניגוד לארכיאולוגים, שיכולים רק לבחון שרידים של העבר, אסטרונומים יכולים לראות את העבר הרחוק בצורה ישירה כפי שהוא. האור 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. לכן התגלית החדשה, לפיה החימום הקוסמי קרה מאוחר יותר, מעלה את הסברה, שלא יהיה צורך להסתכל רחוק כל-כך בכדי לראות את האירוע הקוסמי הזה, ויהיה קל יותר לגלות אותו מאשר שיערו תחילה.

בין היתר, גילוי החימום הקוסמי יאפשר לחקור את החורים השחורים המוקדמים, כי החימום נבע מחורים שחורים במערכות כפולות. מערכות אלה נוצרו מכוכבים בינאריים (כפולים) שבהם הכוכב המסיבי יותר סיים את חייו בפיצוץ סופרנובה שהשאיר במקומו חור שחור. בהמשך, גז מהכוכב השני במערכת נמשך אל החור השחור, נקרע תחת כוח משיכתו העצום ופולט 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 עיכוב החימום.

"עד היום חשבו, שהחימום התרחש מוקדם מאוד", אומר פרופ' ברקנא, "אבל אנו גילינו שהתמונה המקובלת הזאת תלויה באנרגיה המדויקת של קרינת ה-X המחממת. תצפיות שנערכו בשנים האחרונות מראות שחורים שחורים במערכות כפולות פולטים קרינה באנרגיות גבוהות במיוחד - מה שמשנה את הציפיות לגבי החימום הקוסמי. קיבלנו ניבוי חדש לתקופה מוקדמת (כשהיקום היה בן 400 מיליון שנה בלבד) שבה נצפה לראות גלי רדיו אחידים בשמיים שנפלטו מגז המימן הקדום".

עד כה מספר קבוצות בינלאומיות של תצפיתנים בנו והחלו להפעיל מערכים חדשים של טלסקופים בגלי רדיו, במטרה לגלות את גלי הרדיו מהמימן ביקום המוקדם. המערכים האלה תוכננו תחת ההנחה שהחימום הקוסמי התרחש מוקדם מדי בשביל מכדי שנוכל לראותו, ולכן סברו שהטלסקופים יוכלו לחפש רק אירוע קוסמי מאוחר יותר, שבו קרינה מכוכבים 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 על ידי החורים השחורים המוקדמים.