התגלית הראשונית שרוב הגלקסיות נראות כאילו הן מתרחקות מכדור הארץ הייתה מפתיעה וחידתית ביותר. מתברר כי ההיסט לאדום של הגלקסיות אינו זהה לאפקט דופלר שנצפה ביקום הקרוב אלינו; זה סוג שונה של היסט לאדום שנגרם על ידי התרחבות החלל עצמו. הנקרא היסט קוסמולוגי לאדום. נושא זה מעלה שאלות רבות:
המודל השני – היקום המתפשט – מניח כי הגלקסיות נסחפות על פני מרחב היקום ההולך ומתפשט.
באדיבות Astropedia
האם אנו נמצאים במרכז היקום? לא. הדרך שבה רוב הגלקסיות נראות כאילו הן מתרחקות, אין לה קשר למיקום מסוים בחלל. כל הצופים בכל אחת מהגלקסיות יראו בדיוק אותה תופעה! המרחק בין גלקסיה אחת לבין כל אחת מהגלקסיות האחרות (למעט יוצאות דופן מעטות מאד) גדל עם הזמן. אנלוגיה לכך היא המרחק הגדל בין צימוקים בכיכר לחם בשעת טפיחה. בעת טפיחת הבצק, נפח הבצק בין שני צימוקים גדל. אם שני צימוקים קרובים זה לזה, נפח הבצק שביניהם קטן – והמרחק ביניהם נניח רק 2 סנטימטרים – ואם הבצק טופח בקצב של 0.25 ס"מ לשעה בכל ס"מ, המרחק בין אותם שני צימוקים יגדל ל- 2.5 ס"מ בסוף שעה. מאידך, שני צימוקים הנמצאים בקצוות הנגדיים של כיכר, ובתחילה היו במרחק 10 ס"מ זה מזה, המרחק ביניהם לאחר שעה יגדל ל- 12.5 ס"מ. לחיידק הנמצא על אחד הצימוקים נראה, שצימוק סמוך נע ב- 0.5 ס"מ/שעה, בעוד שצימוקים רחוקים יותר נעים במהירות של 2.5 ס"מ/לשעה. עכשיו, אם היית בוחן את המרחק לכל צימוק אחר, היית רואה אפקט דומה. אין זה משנה באיזה צימוקים אתה ממוקם, ככל שהבצק מוסיף לטפוח כך יראה צופה על אחד הצימוקים את כל הצימוקים האחרים מתרחקים. בעוד שלגוש הבצק יש מרכז, הרי שהיקום חסר מרכז, וכל הגלקסיות מתרחקות זו מזו. משקיף על כוכב לכת כלשהו סביב כוכב כלשהו בגלקסיה כלשהי ימדוד בדיוק את אותו היחס בין המרחק והמהירות בין הגלקסיות באותה דרך שאנו מודדים.
האם כל דבר ביקום מתרחב? לא. כל גלקסיה מתרחקת מכל גלקסיה אחרת, אבל גלקסיות עצמן מוחזקות יחד בהשפעת כוח הכבידה. לפיכך, גלקסיות עצמן אינן מתרחבות. בקנה מידה קטן יותר מגלקסיות, כוכבים רגילים אינם מתרחבים, מפני שהם מעוצבים ע"י כוח כבידה. בקנה מידה יבשתי המוכר לנו, חפצים מוחזקים יחד באמצעות קשרים כימיים וכוחות אלקטרומגנטיים. למען הסר ספק, כדור הארץ אינו מתרחב, וגם לא העיר בה נולדת או המכונית שלך או אחד מאברי גופך. רק גופים שאינם מוחזקים יחד על ידי אחד מארבעת הכוחות העיקריים מתרחקים זה מזה. משמעות הדבר היא, שגלקסיות יכולות להיות קשורות יחד באמצעות כוח הכבידה, כך שהן משתתפות בהתרחבות הכללית. הקבוצה המקומית, למשל, קשורה באמצעות כוח הכבידה וניתן לראות שחלק מהגלקסיות השייכות אליה נעות לעברנו. התרחבות היקום חלה רק בקני מידה הגדולים ביותר. שימו לב שההתרחבות אינה חלקה לחלוטין ואינה אחידה. קיים פיזור ביחס שבין המרחק לבין המהירות של גלקסיות הנגרם בשל יחסי הגומלין בין כוח הכבידה הפועל על גלקסיות וצבירי גלקסיות.
באדיבות NASA
כיצד נראה היקום בעבר? חם מאוד וצפוף מאוד. אם גלקסיות מתרחקות זו מזו, כנראה שבעבר הן היו קרובות יותר זו לזו. אם אנחנו "מנגנים את הסרט לאחור" כדי לדמיין איך נראה היקום בעבר הרחוק, החללים שאנו רואים היום בין הגלקסיות בוודאי התמלאו. גלקסיות בעבר צריכות היו להיות קרובות יותר זו לזו. בדומה לגז המתחמם כאשר הוא נדחס, כך היקום המורכב מגלקסיות חייב היה להתחמם כאשר היה דחוס – גלקסיות הן כמובן אוסף עצום של חלקיקים. התרחבות היקום מרמזת על זמן בעבר הרחוק, כאשר כל המסה ביקום התרכזה באזור צפוף מאד שבו שררה טמפרטורה גבוהה מאוד. כך נראה שאנחנו עוקבים אחרי התרחבות שהחלה בעבר הרחוק ומקיפה את כל החומר שבעבר היה מרוכז וצפוף מאד.
האם התפשטות היקום היא כתוצאה מפיצוץ? לא באמת. האנלוגיה של פיצוץ פגומה משתי סיבות. ראשית, לכל פיצוץ יש מרכז וקצה. אבל כל גלקסיה מתרחקת מכל גלקסיה אחרת, ומשקיף על כל גלקסיה ימדוד התרחבות דומה. מספר הגלקסיות הנראות בכל כיוון בשמים דומה, ולכן איננו יכולים להשתמש בחוסר אחידות המרחב כדי לתאר את מקומנו במרחב (כפי שעשו האסטרונומים עם צבירים כדוריים כדי להראות שאנחנו לא נמצאים במרכז שביל החלב). במילים פשוטות, אסטרונומים מחפשים במרחקים ההולכים וגדלים ביקום מגלים שהגלקסיות לא "נגמרות" באף כיוון. הם אינם יכולים לזהות מרכז או קצה להתרחבות היקום.
באדיבות וויקיפדיה
סיבה נוספת לאנלוגיה פגומה של פיצוץ ביקום המתרחב קשורה לאופי ההיסט לאדום. טבעי לפרש את היסט לאדום כתוצאה מאפקט דופלר. אפקט דופלר מוכר בהיבטים רבים של האסטרונומיה. כוכב לכת גדול יכול לגרום לשינוי באור הכוכב העובר בסמוך אליו, בשל אפקט דופלר. אורם של שני כוכבים הנמצאים במסלול בינארי מושפע מאפקט דופלר מחזורי המתגלה לצופה בכדור הארץ. למדנו שאנחנו יכולים למפות את המיקום שלנו בשביל החלב על ידי מדידת אפקט דופלר של כוכבים בדיסק מסתובב. בכל המצבים האלה, האסטרונומים מודדים תנועות עם התייחסות לאובייקט מסוים או לנקודה קבועה בחלל. בדוגמה מוכרת יותר, שינוי דופלר של גלי קול האפקט נמדד יחסית לאוויר שדרכו עובר הקול. לעומת זאת, התיאוריה המודרנית של היקום גורסת כי ההיסט לאדום נגרם בשל התרחבות החלל. בהתפוצצות, השברים עפים בחלל, וניתן להגדיר את תנועתם יחסית למרכז הפיצוץ ולתווך שדרכו מתפזרים השברים. ביקום המתפשט, הגלקסיות מתרחקות בשל התרחבות החלל עצמו, ולא על ידי כוחות שמקורם בפיצוץ!
האם אנו משוכנעים שהיסט לאדום של הגלקסיות נגרם על ידי התרחבות קוסמית? השערת ההתפשטות הקוסמית היא נועזת מאוד, אבל קודם לכן עלינו לשלול הסברים אחרים. כיצד אנו יודעים שגלקסיות אינן רק גופים בעלי תנועה מהירה? כמה חוקרים טענו שלגלקסיות מסוימות יש היסט לאדום שאינו נובע משינוי המרחב, אלא מבוסס על מצבים מעניינים מסוימים, שבהם גלקסיה בעלת היסט גדול לאדום נראית קרובה יותר מאשר גלקסיה בעלת היסט נמוך הרבה יותר לאדום. אך לפי ההנחה הקוסמולוגית, הן צריכות להיות במרחקים שונים מאוד. זהו רעיון מסקרן לכאורה, אך סטטיסטית גלקסיות במרחקים שונים צריכות להופיע בו זמנית בכיוונים שונים בשמים, ואכן התצפית בגלקסיות בכיוונים שונים עולה בקנה אחד עם כמותן הצפויה בשל צירופי מקרים שונים. ההיסט לאדום המתואם באופן עקבי עם הבהירות הנראית והגודל הזוויתי של הגלקסיות, מהווים שני תסמינים למרחק הגלקסיות מהצופה. חלק ניכר מהראיות שנאספו עד כה תומך בפרשנות הקוסמולוגית.
Author: Chris Impey