הטבע הפרקטלי של הצבירה הגלקטית בקטלוג הזז-אדום המעודכן של CfA

למה השמיים בלילה כהים אבל לא ריקים

הרים את המבט בלילה ברור ותגלה כוכבים מפוזרים, רצועה מעומעמת של שביל החלב ואולי כתם חלש של גלקסיה אחרת. ובכל זאת אסטרונומים יודעים כיום שאולי יש טריליון גלקסיות ביקום. אם החומר היה מפוזר באופן מושלם ואחיד, השמיים היו זוהרים בכל הכיוונים. במקום זאת, החלל רוב הזמן חשוך, והגלקסיות מתרכזות בגושים ובסיבים המופרדים על ידי אזורים ריקים עצומים. מאמר זה שואל שאלה מטעה בפשטותה: האם הגלקסיות עוקבות אחרי דפוסים "פרקטליים" נסתרים — כמו גרסאות קוסמיות של עצי הסתעפות או קו החוף — שיכולים להסביר כיצד החומר מסודר בקנה המידה הגדול ביותר?

מעולם חלק להרשת הקוסמית

הקוסמולוגיה המודרנית מטפלת לעתים ביקום כבחלק חלקי כאשר מתבוננים מרחוק מספיק, רעיון שמניח את הבסיס למודל הסטנדרטי של התפתחות היקום הידוע כ‑ΛCDM. אבל מפות מפורטות של גלקסיות מגלות משהו מסובך יותר: שרשראות ארוכות, קירות בצורת משטחים וריקים עצומים, היוצרים יחד רשת תלת‑ממדית ענקית. הכותבים חוזרים להצעה שמקורה במתמטיקאי בנואה מנדלברוט, שהרשת הזו עשויה להיות מתוארת באמצעות פרקטלים — מבנים החוזרים על דפוסים דומים על פני סקאלות רבות. במקום להניח שהגלקסיות בסופו של דבר מתשטחות לערפל אחיד, הם בוחנים האם הנתונים האמיתיים מתנהגים יותר כמו היררכיה פרקטלית, שבה צברים, סופרצברים וסיבים מהדהדים זה את זה מקטנים ועד מרחקים עצומים.

כריית מיליון גלקסיות אחר דפוסים נסתרים

כדי לחקור רעיון זה, החוקרים פונים לאחד המשאבים המקיפים ביותר הזמינים: קטלוג הזז‑אדום המעודכן של CfA (UZCAT). איסוף זה מקבץ מהירויות רדיאליות — כמה מהר גלקסיות הרחוקות נדחקות מאיתנו עקב התפשטות הקוסמוס — לכ‑750,000 גלקסיות בערך, שנלקחו מסקרים מרכזיים שונים. מכל זז‑אדום נמדד, הצוות מעריך את מרחיק הגלקסיה באמצעות צורת מעודכנת של חוק הבל. הם מנקים את המדגם על ידי הסרת עצמים שסווגו בטעות, מדידות בעייתיות וקיצוניים קיצוניים, ואז מקבצים את הגלקסיות לשבע "רצועות" של מרחק או מהירות, ממערכות סמוכות ועד כאלה שנעות במהירות העולה על חצי ממהירות האור. בדיקות סטטיסטיות מצביעות על כך שהפערים שנותרו בנתונים מופיעים בעיקר באקראי, כך שהם לא צפויים לעוות את הדפוסים בקנה מידה גדול שהצוות מחפש.

קריאת הרשת הקוסמית דרך משקפי פרקטל

במקום פשוט לספור גלקסיות בתיבות, המחברים מיישמים כלים מתחום החוסר סדירות ותאוריה של כאוס, שם התנהגות לא סדירה ומתפרצת היא הנורמה. הם חותכים את המרחב לקליפות במרחקים הולכים וגדלים מהשמש ומחשבים כיצד הממוצע של מספר הגלקסיות משתנה עם הסקאלה. מתוך ספירות אלה הם בונים "ספקטרום מולטיפרקטלי", טביעת אצבע מתמטית שאומרת עד כמה אזורים צפופים ואזורים ריקים תורמים בסקאלות שונות. ביקום חלק לחלוטין ספקטרום זה היה מתמוטט לערך יחיד; ביקום פרקטלי הוא מתפזר. הצוות משווה את הספקטרום הנצפה לבניה תיאורטית פשוטה הנקראת קבוצת קאנטור משוקללת — פרקטל קלאסי הנבנה על ידי חיתוך חלקים אמצעיים מהקו והפצת "משקל" בצורה לא אחידה בין החלקים הנותרים. מודל זה שימש בעבר לתיאור פלזמות טורבולנטיות ברוח השמש וניסויים מעבדתיים.

מה המספרים מספרים על מבנה הקוסמוס

הניתוח מראה שהתפלגות הגלקסיות אינה אחידה לחלוטין, אך גם אינה פרקטלית קיצונית. הספקטרום המולטיפרקטלי שנוצר מ‑UZCAT מתאים היטב למודלים של קבוצת קאנטור משוקללת, במיוחד עבור החלקים הצפופים יותר של הרשת הקוסמית. מספר מרכזי יחיד, שמודד כמה הספקטרום רחב, מתברר כצנוע — בערך 0.1 עד 0.15 — קטן בהרבה מערכים שנצפו ברוח השמש הטורבולנטית, אך גדול יותר מאשר במדיה הבין‑כוכבית המקומית יחסית השקטה שמחוץ להשפעת השמש. הדבר מרמז שהגלקסיות עוקבות כלל קנה מידה פשוט ברובו עם סטיות עדינות אך ממשיות מאחידות. רוחב וחוסר הסימטריה הקל של הספקטרום משתנים במידה מסוימת בין דגימות גלקסיות קרובות ורחוקות יותר, מרמזים כי ריקים גדולים וסטיות עדינות ממרחב התפשטות אידיאלי של הבל עשויים להשאיר חותם מדיד על אופן הצבירה של גלקסיות.

טעם פרקטלי ליקום סטנדרטי

במונחים יומיומיים, המחקר טוען שהיקום תואם במידה רבה לתמונה הקוסמולוגית הסטנדרטית ועדיין מציג "טעם פרקטלי" באופן שבו הגלקסיות מסודרות. הרשת הקוסמית נראית כעוקבת אחר חוקים של סקלינג דומים לאלה הנצפים בנוזלים טורבולנטיים, ודפוסים אלה ניתנים לתיאור בעזרת מתכונים פרקטליים פשוטים להדהים. עם זאת, הסטיות הכוללות מהחלקיות קטנות דיה כדי להשתלב בנוחות בתוך מודלי ΛCDM הנוכחיים של היווצרות מבנים. עדיין איננו יכולים למפות יותר מאחוז זעיר מכל הגלקסיות, ולא לפתור במלואם את הרשת התלת‑ממדית, כך שהגזר‑הדין הסופי האם הקוסמוס פרקטלי באמת נותר פתוח. לעת עתה העבודה הזו מראה שהפערים האפלים של שמי הלילה והסיבים הזוהרים אינם אקראיים: הם נושאים חתימה עדינה של סדר פרקטלי הכתובה על פני המבנים הגדולים ביותר שאנו יכולים לצפות בהם.

ציטוט: Macek, W.M., Wójcik, D. Fractal nature of galaxy clustering in the updated CfA redshift catalog. Sci Rep 16, 6181 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36013-3

מילות מפתח: צבירה גלקטית, הרשת הקוסמית, יקום פרקטלי, מבנה בקנה מידה גדול, ניתוח מולטיפרקטלי