הפרדוקס של גיל היקום

הפרדוקס של גיל היקום התגלה בשנות ה־90. אז נדמה שאנשים מצאו כוכבים שגילם גבוה מגיל היקום. זה כמובן לא יכול להיות נכון, ולכן חיפשו את הסיבה.

מדידת מרחקים בחלל נעשית בסולמות מדידה שמקושרים זה לזה. הסולם הראשון מבוסס על פרלקסה (שינוי נראה במיקום כוכב כתוצאה מתזוזת כדור הארץ). מודדים את מיקום הכוכב בחצי שנה, ומחשבים טריגונומטרית את המרחק. שיטה זו מדויקת אך מוגבלת לכוכבים קרובים, עד כ־250 פארסק (כ־750 שנות אור).

הסולם הבא משתמש במשתנים קפאידיים (כוכבים שמשתנים בבהירות במחזור קבוע). את קצב השינוי יודעים למדוד בקלות. את הקשר בין המחזור לבין הבהירות האמיתית משתמשים כדי לחשב מרחק. משתנים קפאידיים נקראים גם "נרות סטנדרטיים" כי אפשר להשוותם למדידות הפרלקסה ולחבר בין הסולמות.

כדי לאמוד את גיל היקום משתמשים בשתי מדידות עיקריות: מהירות ההתרחקות של גלקסיות (בעזרת אפקט דופלר, שמראה שיפוע בתדירות האור כשהם נעים) והמרחק לגלקסיות אלה. היחס בין מהירות למרחק נקרא קבוע האבל. כשמשלבים את קבוע האבל במשוואות פרידמן (המשוואות הבסיסיות של תאוריית המפץ הגדול) מקבלים הערכה לגיל היקום. לפני שנות התשעים קבעו את קבוע האבל בטווח 50, 100 קמ"ש למיליון פארסק, מה שנתן גיל בין 10 ל־20 מיליארד שנה.

בשנת 1994 זיהה טלסקופ החלל האבל משתנים קפאידיים בגלקסיה M100. תוצאה זו הורידה את הערכת המרחק שלה ל־55.6 מיליון שנות אור. התוצאה הקטינה את הערכת גיל היקום עד לכ־8 מיליארד שנה. מצד שני, תאוריות האבולוציה של כוכבים, שמחשבות כמה זמן לוקח להם לשרוף דלק גרעיני ולזדקן, העריכו חלק מהכוכבים בגיל של 12, 15 מיליארד שנה. זו הייתה סתירה ברורה.

ההתלהבות והדאגה הובילו בדו־שיח מדעי ובכותרות של עיתונים. מדענים בדקו אם המדידות אינן מדויקות, ואילו התאוריות זקוקות לתיקון.

החל משנת 1997 לוויין היפרכוס (Hipparcos) סיפק מדידות מדויקות יותר. הוא הגדיל את המרחקים המוערכים של צבירים כדוריים בכ־5, 10 אחוז. בעקבות כך ירדה הערכת גיל הצבירים לטווח של כ־12, 13 מיליארד שנים. גם מדידות של כוכבים עתיקים ענניים העניקות גיל של כ־12, 9 מיליארד שנים, כלומר פחות מגילו של היקום.

ב־2004 נבנתה מפה מפורטת של קרינת הרקע מהמפץ הגדול. בעקבותיה מוערך היום גיל היקום ב־13.819 מיליארד שנה. לפי ההערכה הזו, הכוכבים הראשונים נולדו כשהיקום היה בן כ־200 מיליון שנה. כך הסתיימה הסתירה: הכוכבים לא היו זקנים יותר מהיקום.

לפני זמן מה חשבו שיש כוכבים שגילם גדול מגיל היקום. זה נשמע מוזר. לכן בדקו מה קרה.

מדידת מרחק בחלל קשה. משתמשים בפרלקסה (שינוי במיקום כוכב כי כדור הארץ מסתובב). מודדים בחצי שנה ומחשבים את המרחק. שיטה זו עובדת רק לכוכבים קרובים.

יש גם כוכבים שנקראים משתני קפאיד (השם קשה, זה פשוט כוכב שמתהפכת הבהירות שלו במחזור קבוע). בין המחזור לבהירות יש חוק. לכן אפשר להשתמש בהם כדי למדוד מרחקים רחוקים.

כדי לדעת כמה זמן היקום קיים בודקים כמה מהר גלקסיות נעות (זה נמדד בעזרת אפקט דופלר) ומה המרחק אליהן. היחס בין המהירות למרחק נקרא קבוע האבל. בעזרת נוסחאות מהמפץ הגדול מחשבים את גיל היקום.

בשנת 1994 טלסקופ האבל מצא משתני קפאיד בגלקסיה M100. זה הוריד את הערכת גיל היקום לכ־8 מיליארד שנה. אבל תאוריות על איך כוכבים מתבגרים חשבו שחלק מהכוכבים הם בני כ־12, 15 מיליארד שנה. זאת הייתה בעיה.

לוויין היפרכוס עשה מדידות טובות יותר ב־1997. הוא הראה שהמרחקים קצת גדולים יותר, והגיל של הצבירים הצניח ל־12, 13 מיליארד שנה. לאחר מפה של קרינת הרקע ב־2004 המסקנה היא שהיקום בן כ־13.819 מיליארד שנה. הכוכבים הראשונים נולדו כשהיקום היה בן כ־200 מיליון שנים. לכן אין סתירה יותר.