3.2 עודף ברקע הרדיואי הקוסמי: העלאת קו הבסיס ללא מקורות נקודתיים בלתי־נראים

דף הבית ／ פרק 3: היקום המקרוסקופי

מונחים
בפרק זה “עודף הרקע הרדיואי המפוזר” פירושו אנרגיה המוזרקת לתווך כאשר חלקיקים לא יציבים מוכללים (GUP) מתפרקים או מתאיינים; אנרגיה זו נצברת סטטיסטית ונהפכת ל־רעש רקע טנסורי (TBN). התבנית המרחבית שלו מצומדת בעדינות לטופוגרפיה של כבידה טנסורית סטטיסטית (STG). מכאן ואילך נשתמש בשמות המלאים בעברית בלבד: חלקיקים לא יציבים מוכללים, רעש רקע טנסורי וכבידה טנסורית סטטיסטית.

I. התופעה והאתגר

1. “שכבת תחתית” נוספת
   גם לאחר ניכוי כל מקורות הרדיו הניתנים להפרדה—גלקסיות, קווזרים, סילונים ושאריות סופרנובה—הבהירות הרדיואית המפוזרת על פני כל השמים נותרת גבוהה מן הצפוי, כאילו מפת השמים מונחת על מדרגה נוספת.
2. גם חלק וגם רחב־ספקטרום
   השכבה חלקה זוויתית כמעט ללא “גרעיניות” בקני־מידה קטנים. הספקטרום רחב־פס וללא קווים צרים; הוא אינו דומה למקהלה המונעת בידי מנגנון אחיד יחיד.
3. המסלול “נוסיף עוד מקורות חלשים” אינו עומד במבחן
   • ייחוס לעוד ועוד מקורות נקודתיים בלתי־מופרדים מחייב התפלגות מספר–בהירות שתייצר תנודות קטנות־זווית חזקות מן הנצפה.
   • מספר המקורות הכולל והיסטוריית ההתפתחות הנדרשים אינם מתיישבים עם ספירות המקורות בסקרים עמוקים במיוחד.
4. מאפייני תצפית משלימים
   • איזוטרופיות גבוהה (עולה מעט בלבד בסביבות פעילות במיוחד).
   • קיטוב נקי נמוך (אין “תנוחת פליטה” משותפת; מופעים מבטלים זה את זה).
   • יציבות בזמן (רצפת רעש מפוזרת הממוצעת לאורך זמן).

לסיכום: האות מתנהג כרקע מפוזר אמיתי, לא כ“סכום של מנורות זעירות נסתרות”.

II. פירוש פיזיקלי

1. התמונה הבסיסית: ה“בוא–לך” של חלקיקים לא יציבים מוכללים
   ב“ים האנרגיה” חלקיקים לא יציבים מוכללים צצים לפרקים, מתקיימים זמן קצר ואז מתפרקים או מתאיינים. כל אירוע מחזיר לתווך חבילת גל חלשה, רחבת־פס ובעלת קוהרנטיות נמוכה. כל חבילה זעירה, אך מספרן עצום.
2. רעש רקע טנסורי: צבירת חבילות קטנות לקו בסיס
   חיבור מרחבי־זמני של חבילות עצמאיות רבות יוצר באופן טבעי בסיס מפוזר, רחב־פס ודל־קוהרנטיות—רעש רקע טנסורי. כך מתקבלים מאפייני העודף:
   • בהיר יותר אך לא מסנוור: הסכימה מעלה את קו הבסיס בלי ליצור צבירים צפופים של נקודות בהירות.
   • ספקטרום חלק: נובע מחבילות בלתי־סדירות, לא מקו מעבר קבוע או מקצב משותף.
   • איזוטרופיות חזקה: הופעה ודעיכה כמעט בכל מקום ונטרולן על פני זמנים קוסמיים.
   • זיקה חלשה למבנה: לא פליטה מכוונת של מחלקת מקורות אחת; רק זיקה חלשה לטופוגרפיית הכבידה הטנסורית הסטטיסטית (ראו להלן).
3. מדוע תחום הרדיו רגיש במיוחד
   חלון הרדיו מיטיב עם סכימת אותות רחבי־פס דלי־קוהרנטיות: טלסקופים מחברים אינספור חבילות חלשות ומרוחקות ונמדדת העלאה ישירה של רצפת הרעש. בנוסף, גם בתדירויות גבוהות יש סכימה, אך בליעה ופיזור באבק ובתווך מסתירים אותה בקלות; חלון הרדיו “נקי” יותר.
4. זיקה חלשה לכבידה טנסורית סטטיסטית
   רמת הפעילות הכוללת של חלקיקים לא יציבים מוכללים תלויה בסביבה (מיזוגים, חזיתות הלם, סילונים חזקים וגזירה). לכן המשרעת הממוצעת של רעש הרקע הטנסורי מתנודדת מעט עם טופוגרפיית הכבידה הטנסורית הסטטיסטית: בהירה מעט יותר באזורים “פעילים”, אך לאחר ממוצע בקני־מידה גדולים—בסיס חלק.
5. יישוב מאזני האנרגיה עם הדמות התצפיתית
   • צד האנרגיה: הבהירות העודפת נובעת מהזרקה רציפה של אנרגיה בעת פירוק/התאיינות של חלקיקים לא יציבים מוכללים.
   • צד הדימוי: כלפי חוץ הדבר מתבטא כרעש רקע טנסורי המרים את הרקע המפוזר—עם ספקטרום חלק ואיזוטרופיות גבוהה.
     לכן: שתי פנים של אותו מטבע—מקור התקציב לעומת המראה הנצפה.
6. ציפיות לספקטרום, לקיטוב ולשינוי בזמן
   • ספקטרום: חוק חזקה חלק או עקמומיות רכה, ללא קווים צרים; הבדלים בין שדות שמיים קטנים ומשתנים לאט.
   • קיטוב: קיטוב נקי נמוך עקב סכימת מקורות רבים; עלייה קלה בשוליים שבהם הגזירה חזקה ושדות מגנטיים מיושרים יותר.
   • שונות בזמן: יציב לאורך שנים; לאחר מיזוגים גדולים או פרקי סילונים עשויה להופיע הרמה חלשה ומאוחרת (קודם רעש, אחר־כך תגובת כבידה מדורגת).

III. ניבויים בני־בדיקה ובקרות צולבות (מחוברים לתצפיות)

• P1 | קריטריון של ספקטרום עוצמה זוויתי
  ניבוי: העוצמה בזוויות קטנות נמוכה משמעותית בהשוואה למודלים של “מקורות נקודתיים בלתי־מופרדים”; בזוויות גדולות המדרון חלק ורדוד.
  בדיקה: להשוות ספקטרומים זוויתיים של שדות עמוקים להאקסטרפולציות של מקורות נקודתיים; ספקטרום קטן־סקאלה שטוח יותר יתמוך ברעש הרקע הטנסורי.
• P2 | קריטריון של חלקות ספקטרלית
  ניבוי: הספקטרום הממוצע על פני השמים חסר קווים צרים ומציג עקמומיות רכה; מדדי ספקטרום שונים מעט בין אזורים.
  בדיקה: התאמות רב־תדירות משותפות יאשרו “חלק—משתנה לאט” במקום סכום של מנגנונים צרים רבים.
• P3 | קריטריון של זיקה חלשה (לטופוגרפיית הכבידה הטנסורית הסטטיסטית)
  ניבוי: הבסיס המפוזר מקיים מתאם חיובי חלש עם מפות עדשת כבידה φ/κ ועם גזירה קוסמית.
  בדיקה: מתאמי־צלב עם מפות העדשה/הגזירה; מקדמים חיוביים קטנים המתחזקים בסביבות פעילות תואמים את הציפיות.
• P4 | סדר האירועים: תחילה הרעש, אחר־כך הכבידה
  ניבוי: לאורך צירי מיזוג, בשפות הלם ובקרבת סילונים חזקים, נראית תחילה הרמה קלה של הבסיס המפוזר (רעש רקע טנסורי), ולאחריה העמקה חלקה בכבידה הטנסורית הסטטיסטית.
  בדיקה: ניטור רב־עיתי כדי להשוות שינויים רדיואיים מפוזרים למדדים דינמיים/עדשתיים כולל הקדמי־זמן.
• P5 | קיטוב נקי נמוך
  ניבוי: הקיטוב הנקי ברמת כל־השמים נותר נמוך; עלייה קלה בלבד ב“חגורות” שבהן ההגברה גאומטרית.
  בדיקה: מפות קיטוב רחבות־שדה יציגו את השלישייה “נמוך—יציב—גבוה מעט בשולים”.

IV. השוואה להסברים מסורתיים

• לא “חבויות עוד נורות קטנות”
  אילו שלטו מקורות נקודתיים בלתי־מופרדים, השמים היו גרעיניים יותר מן הנצפה; גם ספירות המקורות והיסטוריות ההתפתחות אינן תומכות באוכלוסייה כה גדולה.
• וגם לא “מנוע מאחד יחיד”
  מנגנון יחיד מותיר לעיתים קווי־ספקטרום או חותמות קיטוב. לעומת זאת, הרחב־פס, היעדר הקווים והקיטוב הנקי הנמוך תואמים יותר תמונה של “מיליוני חבילות בלתי־סדירות המצטברות יחד”.
• תמונה קוהרנטית אחת לריבוי מאפיינים
  אותו מסלול פיזיקלי מסביר בעקביות: עליית בהירות, ספקטרום חלק, איזוטרופיות גבוהה, גרעיניות חלשה וזיקה חלשה. גישה הנשענת על התווך והסטטיסטיקה חסכונית ועקבית יותר מטלאי־טלאים לכל חריגה בנפרד.

V. מודלינג והתאמה (מדריך יישומי)

1. מהלך עבודה:
   • ניקוי חזית: טיפול אחיד בסינכרוטרון גלקטי, פליטה חופשית–חופשית, אבק והשפעות יונוספריות.
   • תבנית מרחבית דו־רכיבית: “בסיס איזוטרופי + תבנית המצומדת בעדינות לטופוגרפיית הכבידה הטנסורית הסטטיסטית”.
   • אילוצים ספקטרליים: עדיפות לחוק חזקה חלק או עקמומיות רכה; אין לאפשר שליטה של רכיבים צרים.
   • שליטת קטן־סקאלה: שימוש בספקטרום העוצמה הזוויתי לדיכוי “גרעין בסגנון מקורות נקודתיים” ולתחימת הזנב של מקורות בלתי־מופרדים.
   • אימות צולב: מיפוי ותיארוך משותפים עם מפות φ/κ, גזירה קוסמית ומדגמי מיזוגים כדי לאשר הגברה מפוזרת.
2. אחיזות תצפית מהירות:
   • האם ספקטרום קטן־הסקאלה שטוח מן האקסטרפולציות של מקורות נקודתיים?
   • האם ספקטרומים רב־תדירותיים חלקים ומשתנים לאט?
   • האם מתאם־הצלב חיובי חלש וחזק יותר בסביבות פעילות?
   • האם הקיטוב הנקי נותר נמוך ועולה רק מעט בשוליים?

VI. אנלוגיה קרובה

“ההמייה הרחוקה של תנועת העיר”
אין זו מנוע יחיד שאתה שומע, אלא המיית תדרים נמוכים של אינספור כלי־רכב רחוקים. היא מעלה את רצפת הרעש, אינה צורמת ונשארת יציבה. ה“עודף” הרדיואי המפוזר דומה לשכבת ההמייה הזו.

VII. מסקנות

• ייחוס פיזיקלי: העודף ברקע הרדיואי הקוסמי נובע בסבירות גבוהה מרעש רקע טנסורי—בסיס מפוזר שמתרומם מצבירה סטטיסטית ארוכת־טווח של אינספור חבילות חלשות ורחבות־פס המשתחררות בעת פירוק או התאיינות של חלקיקים לא יציבים מוכללים.
• יחס מרחבי: האות מצומד בעדינות לטופוגרפיית הכבידה הטנסורית הסטטיסטית: מעט גבוה יותר באזורים פעילים, אך חלק בכלל השמים.
• שינוי השאלה: מ“כמה מקורות נקודתיים נסתרים עדיין חסרים?” ל“איזה בסיס מפוזר התווך בונה בטבעיות כאשר הולדה ודעיכה נמשכות ברצף?”.
• סיפור מאוחד: הדבר סוגר לולאה עם סעיף ‎3.1 (עקומות סיבוב) והסעיפים ‎2.1–‎2.5: שלב הקיום של חלקיקים לא יציבים מוכללים מעלה את “מפלס הים”—כבידה טנסורית סטטיסטית; שלב ההתפרקות זורע רעש—רעש רקע טנסורי. מקור משותף, זיקה חלשה ויכולת בחינה אמפירית כהסבר מאוחד.