הטלסקופ מיפה 47 מיליון גלקסיות בחמש שנים וחולל מהפכה בהבנת הקוסמוס

המכשיר הספקטרוסקופי של האנרגיה האפלה השלים את הסקר הגדול ביותר של היקום שנעשה אי פעם, וקטלג יותר מ-47 מיליון גלקסיות וקוואזרים הפזורים על פני כל השמים הנראים. התגלית, שהוכרזה על ידי המעבדה הלאומית של לורנס ברקלי, מייצגת התקדמות עצומה באסטרונומיה התצפיתית וסוללת את הדרך לתשובה לאחת השאלות העמוקות ביותר בקוסמולוגיה: האם האנרגיה האפלה אכן משתנה עם הזמן.

הפרויקט שפותח במצפה הכוכבים הלאומי Kitt Peak באריזונה החל בתצפיות בשנת 2021 וחרג באופן משמעותי מהיעדים הראשוניים שלו. החוקרים ציפו לאסוף כ-34 מיליון גלקסיות וקוואזרים, אך המכשיר הפגין יעילות יוצאת דופן עד כדי כך שהסך הסופי עלה על הערכה זו בפער ניכר, וחשף את הפוטנציאל שטרם נחקר במלואו של הטכנולוגיה שבה נעשה שימוש.

מכשיר מחולל מהפכה בקרטוגרפיה קוסמית

DESI תוכנן במיוחד כדי ליצור מפה תלת מימדית של הקוסמוס עם דיוק חסר תקדים. על ידי מדידת מיקומי ומרחקים של גלקסיות על פני מיליארדי שנות אור, המכשיר מאפשר למדענים להשוות את אופן הפצת החומר בעבר הרחוק ביחס למבנה הנוכחי של היקום הנצפה. היכולת הזו לדמיין את היקום בזמנים שונים מספקת נתונים חיוניים להבנת האבולוציה שלו.

המפה השלמה מכסה כעת כ-14,000 מעלות מרובע של השמים. חוקרים המעורבים בפרויקט מתכננים להרחיב את הכיסוי הזה ל-17,000 מעלות מרובע בתצפיות עתידיות, אם כי חלקים מסוימים בשמיים נותרו מאתגרים למחקר עקב הפרעות של עצמים שמימיים בהירים, במיוחד שביל החלב, החוסם את הנוף לכיוונם.

דיוויד שלגל, מדען במעבדה הלאומית של לורנס ברקלי, הדגיש שמפות קודמות של היקום הכילו נתונים של כ-5 מיליון גלקסיות. DESI מגדיל את המספר הזה בכמעט פי עשרה, ומבסס את עצמו כסקר הספקטרוסקופי הגדול ביותר שבוצע אי פעם בתולדות האסטרונומיה. שלגל ציין למגזין New Scientist כי האסטרונומיה עקבה אחר מסלול עקבי של הפקת מפות גדולות יותר באופן דרמטי מדי עשור. לפי הערכתו: כל 10 שנים מצליחים אסטרונומים ליצור מפות גדולות פי 10 ממה שהיו בעשור הקודם. אם ההתקדמות הזו תימשך, הקהילה המדעית הייתה ממפה את כל הגלקסיות הניתנות לצפייה ברדיוס של 10 מיליארד שנות אור עד 2061.

אתגרים טכניים של תצפית קיצונית

חלק מהגלקסיות שנלכדו במהלך סקר ה-DESI היו חלשות ומרוחקות ביותר. מדענים הצליחו לשחזר את העצמים הללו באמצעות רק 100 עד 200 פוטונים שזוהו על ידי המכשיר לאורך תקופות תצפית ארוכות. הדיוק הנדרש למדידות אלו היה יוצא דופן בהתחשב במרחקים העצומים הכרוכים בכך ובטבעו השברירי של אות האור שחוצה מיליארדי שנות אור של חלל.

עיבוד הנתונים שנאספו במהלך הסקר המרכזי בן חמש השנים נותר מתמשך. החוקרים מעריכים כי לקהילה המדעית תהיה גישה רחבה יותר לתוצאות לאחר כשנה נוספת של ניתוח חישובי אינטנסיבי. תקופת עיבוד זו נחוצה מכיוון שהנתונים הגולמיים דורשים כיול, ניקוי וארגון לפורמטים המאפשרים חקירות מדעיות מפורטות.

מייקל לוי, מנהל DESI ומדען בכיר במעבדת ברקלי, הביע שביעות רצון מהתוצאות שהושגו. “בנינו ציוד יוצא דופן שענה על כל הציפיות שלנו ואפילו עלה עליהן. עכשיו אנחנו הולכים מעבר לתוכנית המקורית שלנו. אנחנו לא יודעים מה אנחנו הולכים למצוא, אבל אנחנו חושבים שזה יהיה מאוד מרגש”, אמר לוי לגבי סיכויי הפרויקט בעתיד.

אנרגיה אפלה בפוקוס

אחת המטרות העיקריות של DESI היא לחקור את האנרגיה האפלה, תופעה מעט מובנת שלדעתה מהווה כ-70% מהיקום כולו. מערך נתונים קודם של DESI, שפורסם ב-2024, הציע כי אנרגיה אפלה עשויה להיחלש עם הזמן, במקום להישאר קבועה כפי שהציע המודל הקוסמולוגי המסורתי. אפשרות זו תאתגר ישירות את המודל הסטנדרטי של הקוסמולוגיה, המכונה Lambda-CDM, שהיה המסגרת השלטת במשך עשרות שנים.

החוקרים מתכננים להשתמש במפה המלאה של 47 מיליון גלקסיות כדי לחקור את השאלה הזו יותר. על ידי השוואת תפוצת הגלקסיות בתקופות שונות של ההיסטוריה הקוסמית, ניתן יהיה להתחקות אחר האופן שבו התפתח מבנה היקום במשך מיליארדי שנים. מערך הנתונים הגדול משמעותית צפוי לשפר את הדיוק הסטטיסטי של מחקרים השוואתיים אלה ולספק ראיות חזקות יותר לניתוחים עתידיים.

מדענים המעורבים בפרויקט עדיין לא הגיעו למסקנות סופיות לגבי התנהגות האנרגיה האפלה, אך התצפיות החדשות מבטיחות להציע תובנות משנות. אם האנרגיה האפלה אכן נחלשת, יהיו לכך השלכות עמוקות על הבנת גורלו האולטימטיבי של היקום ותפתח שאלות חדשות לגבי הטבע היסודי של המציאות הקוסמית.

טרנספורמציה של אסטרונומיה תצפיתית

עבור אסטרונומים, קנה המידה של פרויקט DESI משקף גם את המהירות יוצאת הדופן שבה השתנה מדע התצפית בעשורים האחרונים. עופר להב, פרופסור באוניברסיטת קולג’ בלונדון, תיאר את הניגוד הדרמטי בין סקרי גלקסיות קודמים למערכי נתונים מודרניים בשיחה עם מגזין New Scientist.

כשלהב היה סטודנט לדוקטורט בקיימברידג’ לפני כ-40 שנה, אסטרונומים עבדו עם דגימות המכילות רק אלפי גלקסיות. באותה תקופה, לחוקרים לא היו מספיק נתונים תצפיתיים למחקרים קוסמולוגיים רבים בקנה מידה גדול:

• לטלסקופים קודמים היו יכולות עיבוד מוגבלות
• ניתוח הנתונים בוצע באופן ידני או עם מחשבים פרימיטיביים
• הסקרים נמשכו עשרות שנים וכיסו אזורים קטנים בשמים
• שיתוף הפעולה הבינלאומי היה קשה ומאתגר מבחינה טכנית
• רק מוסדות בעלי מימון טוב יכלו להשתתף בפרויקטים גדולים

היום המצב השתנה לחלוטין. סקרים מסיביים כמו DESI מייצרים נפחי מידע כה גדולים עד שהם דורשים שיטות ניתוח חישובי מתקדמות וניהול נתונים מתוחכם. להב ציין כי מדענים צעירים יותר עשויים להתמודד כעת עם בעיה הפוכה באופן פרדוקסלי מזו של הדורות הקודמים: גישה ליותר נתונים ממה שהם יכולים לעבד בקלות בשיטות ובמשאבים הנוכחיים שלהם.

שפע הנתונים הזה מייצג גם הזדמנות וגם אתגר. אסטרונומים צריכים לפתח טכניקות חדשות של בינה מלאכותית ולמידת מכונה רק כדי לחלץ מידע משמעותי ממערכות נתונים עצומות כאלה. שיתוף פעולה בינלאומי הפך גם הוא חיוני, כאשר מדענים ממדינות שונות עובדים יחד כדי לנתח תצפיות מ-DESI ומשימות דומות אחרות.

המשכיות והתרחבות עתידית

שיתוף הפעולה של DESI מתכנן להמשיך באיסוף תצפיות לפחות עוד שנתיים וחצי מעבר לתקופה הראשונית של חמש שנים. החוקרים שוקלים גם שיפורים טכניים ותשתיתיים שיוכלו לאפשר למכשיר להישאר פעיל עד שנות ה-30 של המאה ה-20, מה שירחיב את אחד ממאמצי המיפוי הגדולים ביותר שנעשו אי פעם באסטרונומיה.

פרספקטיבות עתידיות אלו מצביעות על כך ש-DESI יכולה לתרום נתונים מקיפים ומעמיקים עוד יותר להבנה הקוסמולוגית בשנים הקרובות. כל שנה נוספת של תצפיות מגדילה את הסיכוי לזהות דפוסים ומבנים קוסמיים הדורשים תקופות ארוכות של ניטור כדי להיות מאופיינים כראוי. האפשרות לפעול עד 2030 מציעה למדענים חלון זמני משמעותי לחקור תעלומות שעדיין נותרו בנתונים שכבר נאספו ובאלה שיתקבלו בשנים הקרובות.