פרויקט DESI השלים את מפת התלת־ממד המקיפה ביותר שנבנתה אי פעם
באפריל השנה השלימו מדעני פרויקט DESI את מה שנחשב עד לאחרונה ליעד כמעט בלתי אפשרי: יצירת מפת התלת־הממד הגדולה והמפורטת ביותר של היקום. המפה כוללת יותר מ־47 מיליון גלקסיות וקוואזרים ומתעדת כ־11 מיליארד שנות היסטוריה קוסמית. מעבר להיקפה חסר התקדים, היא מספקת לחוקרים כלי חדש לחקר אחד הנושאים המסתוריים ביותר בפיזיקה המודרנית – האנרגיה האפלה, הכוח שלפי ההערכות אחראי להאצת התפשטות היקום.
פרויקט DESI, ראשי תיבות של Dark Energy Spectroscopic Instrument, פועל מאז 2021 ומותקן על טלסקופ Mayall במצפה קיט פיק שבאריזונה. מטרתו הייתה למדוד את מיקומם ומרחקם של מיליוני גופים שמימיים בדיוק חסר תקדים, ובכך ליצור מפה תלת־ממדית של היקום בקנה מידה שמעולם לא הושג בעבר.
התוצאה היא אחד ממאגרי הנתונים הגדולים שנוצרו בתחום האסטרונומיה. לצד יותר מ־47 מיליון גלקסיות וקוואזרים, נאסף מידע גם על יותר מ־20 מיליון כוכבים בשביל החלב. הנתונים משתרעים על פני מרבית ההיסטוריה של היקום המוכר ומאפשרים לחוקרים לבחון כיצד השתנו המבנים הקוסמיים לאורך מיליארדי שנים.
היקום בנוי כרשת ענקית
כאשר ממפים מיליוני גלקסיות במרחב תלת־ממדי, מתברר שהן אינן מפוזרות באופן אקראי. הגלקסיות מרוכזות לאורך מבנים עצומים דמויי חוטים, המשתרעים על פני מאות מיליוני שנות אור. בין אותם מבנים משתרעים אזורים דלילים במיוחד בחומר, המכונים חללים קוסמיים.
התמונה המתקבלת מזכירה רשת ענקית המכונה Cosmic Web, או "הרשת הקוסמית". בצמתים שבהם נפגשים אותם "חוטים" קוסמיים נמצאים צבירי גלקסיות עצומים, חלקם גדולים פי אלפים מגלקסיית שביל החלב.
מבנה זה נחשב לאחד הביטויים המרשימים ביותר של השפעת כוח הכבידה על היקום לאורך מיליארדי שנים. ככל שנאספו יותר נתונים, כך הלכה והתחדדה התמונה של אותה רשת קוסמית. מפת DESI מספקת כיום את התצוגה המפורטת ביותר שלה שנוצרה עד כה.
5,000 רובוטים שממפים את היקום
היקף הנתונים שנאסף בפרויקט אינו נובע רק מזמן התצפית הארוך, אלא גם מהטכנולוגיה שפותחה עבורו.
לב מערכת DESI מורכב מ־5,000 סיבים אופטיים הנשלטים באמצעות מנגנונים רובוטיים זעירים. כל אחד מהם מסוגל להתכוונן באופן עצמאי למטרה אחרת בשמים. אחת לכעשרים דקות המערכת משנה את מיקומם של כל הסיבים ומתחילה סדרת מדידות חדשה.
הדיוק הנדרש מהמערכת גבוה במיוחד. כל מנגנון חייב למקם את הסיב האופטי שלו בדיוק זעיר כדי לקלוט את האור המגיע מגלקסיה המרוחקת מיליארדי שנות אור מכדור הארץ.
היכולת למדוד אלפי עצמים בו־זמנית הפכה את DESI לאחד ממכשירי הסקר האסטרונומי היעילים ביותר שנבנו עד היום. במהלך חמש שנות הפעילות של הפרויקט נאספו מאות מיליוני מדידות ספקטרליות, שהפכו בהמשך למפה התלת־ממדית של היקום.
כיצד מודדים מרחק של מיליארדי שנות אור?
כדי לבנות מפה תלת־ממדית לא די לדעת היכן נמצאת גלקסיה על פני השמים. יש צורך לקבוע גם את המרחק שלה מכדור הארץ.
לשם כך משתמש DESI בספקטרוסקופיה – שיטה המפרקת את האור המגיע מגלקסיות למרכיביו השונים. מתוך הספקטרום ניתן למדוד את תופעת ההסחה לאדום (Redshift), הנגרמת כתוצאה מהתפשטות היקום.
כאשר גלקסיה מתרחקת מאיתנו, אורכי הגל של האור שהיא פולטת נמתחים לכיוון החלק האדום של הספקטרום. ככל שהגלקסיה רחוקה יותר, כך ההסחה גדולה יותר. מדידה מדויקת של תופעה זו מאפשרת לחשב את מרחקה.
כאשר מבצעים את אותה מדידה עבור עשרות מיליוני גלקסיות מתקבלת מפה תלת־ממדית עצומה, שבה ניתן לראות לא רק היכן נמצאת כל גלקסיה, אלא גם כיצד היא משתלבת במבנה הכולל של היקום.
מסע של 11 מיליארד שנים לאחור
לאור דרוש זמן כדי לנוע במרחב. משמעות הדבר היא שכאשר אסטרונומים מתבוננים בעצמים רחוקים, הם למעשה צופים בעבר.
האור מהגלקסיות הרחוקות ביותר במפת DESI יצא לדרכו לפני יותר מ־11 מיליארד שנים. במילים אחרות, המפה מאפשרת לחוקרים לבחון את היקום בשלבים מוקדמים יחסית של התפתחותו ולהשוות אותם למבנים הקרובים יותר אלינו בזמן.
באמצעות השוואה זו ניתן לעקוב אחר התפתחותם של צבירי גלקסיות, לבחון כיצד נוצרו המבנים הגדולים ביקום ולנתח את השינויים בקצב ההתפשטות הקוסמית לאורך תקופות שונות.
התוצאה היא מאגר מידע המאפשר לבחון חלק ניכר מההיסטוריה של היקום במסגרת סקר אחד.
התעלומה הגדולה של היקום
למרות הישגי האסטרונומיה המודרנית, אחת השאלות המרכזיות בפיזיקה עדיין נותרה ללא מענה.
בשנת 1998 גילו חוקרים כי היקום אינו רק מתפשט, אלא שהתפשטותו הולכת ומואצת. כדי להסביר את התופעה הוצע קיומו של רכיב בלתי מוכר המכונה "אנרגיה אפלה". על פי ההערכות המקובלות כיום, אנרגיה זו מהווה כ־70% מתכולת היקום.
עם זאת, איש עדיין אינו יודע מהו טיבה, כיצד היא פועלת או האם השפעתה נותרת קבועה לאורך מיליארדי שנים.
אחת ממטרותיו המרכזיות של DESI היא למדוד את קצב התפשטות היקום בדיוק חסר תקדים. באמצעות ניתוח פיזורן של מיליוני גלקסיות מקווים החוקרים להבין טוב יותר כיצד התנהגה האנרגיה האפלה בעבר והאם תכונותיה השתנו לאורך הזמן.
ממצאים ראשוניים שפורסמו בשנים האחרונות כבר העלו אפשרות כי המודלים המקובלים כיום אינם מסבירים באופן מלא את כל המדידות. מאגר הנתונים החדש צפוי לספק לחוקרים בסיס רחב בהרבה לבחינת השאלה.
הרבה מעבר לאסטרונומיה
פרויקט DESI הוא גם דוגמה להיקף הטכנולוגי שאליו הגיע המחקר המדעי במאה ה־21. מאחורי המפה עומדים מאות חוקרים ומהנדסים, מערכות אופטיות מורכבות, רובוטיקה מדויקת, סיבים אופטיים, מחשוב עתיר ביצועים ויכולות עיבוד נתונים בקנה מידה עצום.
האתגר לא הסתכם באיסוף הנתונים. היה צורך גם לאחסן, לעבד ולנתח כמויות מידע עצומות כדי להפוך מיליוני מדידות בודדות למפה קוהרנטית של היקום.
למרות השלמת שלב המיפוי המתוכנן, העבודה רחוקה מסיום. חוקרי DESI ממשיכים לנתח את מאגר הנתונים שנאסף, בתקווה להבין טוב יותר את קצב התפשטות היקום ואת טיבה של האנרגיה האפלה. ייתכן שהתשובות כבר נמצאות במפה עצמה, והאתגר כעת הוא ללמוד כיצד לקרוא אותה.
הכתבה מבוססת על נתוני פרויקט DESI (Dark Energy Spectroscopic Instrument), הודעת Lawrence Berkeley National Laboratory מ־15 באפריל 2026 וחומרי NOIRLab.
