מאמר 35 – היקום: המשך - חלק שלישי

מאמר 35 – היקום: המשך - חלק שלישי

כתב: עמי אור

 להלן תהליך המפץ הגדול שלב אחרי שלב:

 עידן פלאנק

עידן פלאנק נמשך מאפס עד זמן פלאנק שהוא 10 בחזקת מינוס 43 שניות. (אחד חלקי 10 ואחריו 43 אפסים). היקום הוא זעיר לאין שיעור, והאנרגיה הדחוסה בו גדולה לאין שיעור.

זמן פלאנק הוא הנקודה הקרובה ביותר, שבה הפיזיקה יכולה להגיע להתחלה האבסולוטית של היקום, ומעט מאוד ידוע על הזמן לפני עידן פלאנק. על פי משוואות תורת היחסות הכללית היקום לפני כן היה נקודה סינגולרית – נקודה שבה הגרביטציה היא אינסופית, ולכן גם עיקום המרחב-זמן הוא אינסופי. בנקודה זאת משוואות תאוריית היחסות הכללית אינן ישימות, בדומה לחלוקה באפס. אין כיום תאוריה שמתארת את היקום לפני זמן פלאנק, ולא ברור האם למושג "זמן" יש מובן בממדים כאלה. ההשערה היא ששלטו ביקום האפקטים הקוואנטיים של גרביטציה.

בנקודת פלאנק המציינת את סוף עידן פלאנק, נקודה בודדת מתחילת היקום הגיעה לגודל של 10 בחזקת מינוס 35 מטר שהוא אורך פלאנק אחד. הטמפרטורה מעל 10 בחזקת 32 מעלות ונקראת טמפרטורת פלאנק, אנרגיית החלקיקים מוערכת ב- 10 בחזקת 19 GeV  (ג'גה אלקטרון  וולט) שהיא האנרגיה המקסימלית התאורטית האפשרית ונקראת אנרגיית פלאנק. הפיזיקה לא יודעת הרבה על טמפרטורות ואנרגיות כאלה, לפי התאוריה באנרגיית פלאנק ארבעת הכוחות היסודיים – כבידה, אלקטרומגנטיות, הכוח החלש והכוח החזק, ניתכים כביכול יחד, והם מאוחדים לכוח על אחד. ביקום זה לא היו חלקיקים, וחוקי הטבע עדיין לא נוצרו.

 עידן האיחוד הגדול

עידן האיחוד הגדול נמשך בין 10 בחזקת מינוס 43 שניות ל -  10 בחזקת מינוס 36 שניות על ציר הזמן הקוסמי, ובו נפרדה הגרביטציה משלושת הכוחות האחרים שנשארים מאוחדים.

עד כה ארבעת הכוחות היסודיים היו מאוחדים, אפשר לדמיין זאת כארבע מתכות שמותכות יחד לנוזל אחיד וחלק, שנמצא ב"סימטריה" בלשון הפיזיקאים, ועם ההתקררות, אחת מהן מתחילה להתגבש ומשבשת את הסימטריה. בדומה לאנלוגיה זאת, היקום מתפשט ומתקרר, ועם ההתקררות הוא עובר מעבר פאזה ממצב צבירה אחד לשני. במעבר הפאזה בעידן האיחוד הגדול כוח הגרביטציה נפרד מהכוחות היסודיים האחרים שנשארים מאוחדים ונקראים הכוח האלקטרו-גרעיני. התאוריה המתארת את הכוח האלקטרו-גרעיני נקראת התאוריה המאוחדת הגדולה, ומכאן שמו של העידן.

 הגרביטון (Graviton) הוא חלקיק יסודי היפותטי אשר, אם קיים, נושא את כוח הכבידה, לפי מרבית תאוריות הכבידה הקוונטית. החלקיק צפוי להיות נטול מסת מנוחה, הופיע בעידן זה. תאורטית היה קיים גם בוזון (חלקיק נושא כוח) שנשא את הכוח האלקטרו-גרעיני. אי אפשר לגלות בוזון זה במעבדה משום שהאנרגיה התאורטית שלו קרובה לאנרגיית פלאנק. אם אכן היה קיים, הוא היה "חסר התמחות" ולא היו לו תכונות כמו ספין, מטען או מסה, שהם מאפיינים של סוגי הבוזונים המאוחרים, שיופיעו כאשר הכוחות היסודיים ייפרדו זה מזה ככל שהיקום התקרר.

גודלו של היקום בתום עידן זה הוא קטן מפרוטון. (גודל פרוטון 1.5 כפול 10 בחזקת מינוס 15 מטר – התנפחות ב 20 סידרי גודל לעומת מרחק פלנק של הסינגולריות).

 העידן האלקטרו-חלש

העידן האלקטרו-חלש נמשך בין 10 בחזקת מינוס 36 שניות ל - 10 בחזקת מינוס 12 שניות על ציר הזמן הקוסמי, והוא מתחיל באינפלציה הקוסמית (וראה להלן). הטמפרטורה בתחילתו היא 10 בחזקת 28 מעלות, נמוכה מספיק כדי שהכוח החזק ייפרד משני הכוחות האחרים במעבר פאזה שני, אחרי שנפרד כוח הגרביטציה. הכוח האלקטרומגנטי והכוח החלש נשארים מאוחדים, והם מכונים הכוח האלקטרו-חלש. הכוח החזק נישא על ידי גלואון (הבוזון נושא הכוח החזק), והכוח האלקטרו-חלש נישא על ידי סוג כלשהו של בוזון אלקטרו-חלש תאורטי.

אינטראקרציות עם הכוח החזק גורמות להופעת חלקיקים אקזוטיים כולל בוזוני W ו-Z ובוזון היגס. (בוזון היגס היה חלקיק תאורטי אשר התגלה במאיץ ב CERN בארבעה ביולי 2012). בוזון היגס נושא את שדה היגס שמעניק לחלקיקים שעוברים דרכו מסה. שדה היגס נמצא בכל מקום ביקום, מאט את תנועת החלקיקים ומונע מהם לנוע במהירות הגבוה ממהירות האור. חלקיקים שונים מושפעים בדרגות שונות משדה היגס, יש חלקיקים שמתקשים לעבור בשדה היגס וכך הם רוכשים לעצמם מסה גדולה, חלקיקים אחרים עוברים ביתר קלות ורוכשים פחות מסה, וחלקיקים אחרים, כדוגמת הפוטון, אינם מושפעים משדה היגס כלל, הם נשארים חסרי מסה ונעים במהירות האור. אפשר לחשוב על התופעה כאדם שהולך על היבשה לעומת אדם שהולך בתוך מים. ההליכה במים מעוכבת על ידי התנגדות המים, לעומת זה דג, שמייצג באנלוגיה חלקיק עם מסה קטנה, מתקדם במים במהירות.

העידן האלקטרו-חלש מסתיים כשמתחיל מעבר פאזה נוסף, היפרדות הכוח האלקטרומגנטי והכוח החלש.

 עידן האינפלציה הקוסמית

העידן האלקטרו חלש נפתח עם האינפלציה (ההתנפחות) הקוסמית, שהתחילה ב- 10 בחזקת מינוס 36 שניות אחרי המפץ הגדול והסתיימה בין 10 בחזקת מינוס 33 ל - 10 בחזקת מינוס 32 שניות על ציר הזמן. הפיזיקאי אלן גות' מחלוצי תאוריית האינפלציה, תיאר אותה כמפץ גדול בתוך מפץ גדול. במשך חלקיק שנייה היקום עובר התפשטות מהירה יותר ממהירות האור, גודלו הליניארי גדל לפחות פי 10 בחזקת 26 ומגיע לגודל של כ - 10 ס"מ, הנפח שלו גדל בהתאם פי 10 בחזקת 78!!, בערך לגודל של אשכולית.

 הסיבה להתפשטות האדירה אינה ידועה, הניחוש הוא ששבירת הסימטריה בין הכוחות בעידן האיחוד הגדול, גרמה לשחרור של אנרגיה עצומה של הכוח החזק, שהוא חזק ב - 40  סדרי גודל מכוח הכבידה. כתוצאה מהיפרדותו, נוצר שטף מהיר של אנרגיה שגרם לאפקט אנטי-גרביטציוני חזק. לפי חלק מהתאוריות שדה היגס נוצר עם היפרדות הכוח החזק בתחילת עידן זה, והוא אחראי לאינפלציה הקוסמית האקספוננציאלית.

 תאוריית האינפלציה מסבירה מספר תופעות שהמודל הסטנדרטי של המפץ הגדול אינו יכול להסביר, לדוגמה השאלה מדוע קרינת הרקע הקוסמית כה אחידה, ובעיה שנקראת בעיית האופק.

 בעיית האופק

 לפי מודל האינפלציה הקוסמית, עד האינפלציה היקום היה קטן יותר ממה שחוזה המודל הסטנדרטי, לכן הפוטונים היו קרובים מספיק והיה להם די זמן להעביר ביניהם מידע (כלומר אנרגיה כלומר להשוות טמפרטורות).

כשאנו צופים לשמיים המרחק בין הפוטונים של קרינת הרקע בצד אחד לבין קרינת הרקע בצד שני הוא כ - 46 מיליארד שנות אור לכל כיוון. קרינת הרקע הקוסמית היא הפוטונים הקדומים ביותר ביקום הנצפה שלנו, והם יצאו לדרך בעידן הרקומבינציה (וראה בפוסטים  הבאים) שהתחיל בערך בשנת 380,000 על ציר הזמן הקוסמי. בזמן שהפוטונים יצאו, רדיוס היקום היה כבר בגודל של כ - 42 מיליוני שנות אור, ולכן לא ייתכן שהפוטונים הקדומים מכל קצות היקום היו אי פעם קרובים מספיק והיה להם די זמן כדי להעביר ביניהם אנרגיה ולהשוות טמפרטורות.

מודל האינפלציה מסביר זאת על ידי כך שהיקום בתחילת האינפלציה היה קטן יותר ממה שחוזה המודל הסטנדרטי, ובשלב מוקדם מאוד התנפח במהירות גדולה ממהירות האור. אין בכך סתירה לתורת היחסות, משום שאמנם חומר ואנרגיה אינם יכולים לנוע מהר ממהירות האור, אבל התפשטות של המרחב-זמן מותרת, והיא נושאת על גבה את האנרגיה והחומר שיש בה.

ישנן השערות שאנרגיה שיורית זו היא האנרגיה האפלה המניעה את התפשטות היקום המואצת גם כיום (וראה להלן קץ היקום באחד הפוסטים הבאים).

 עידן הקווארקים

 בין 10 בחזקת מינוס 12 שניות  ל – 10 בחזקת מינוס 6 שניות על ציר הזמן הקוסמי, מופיע לראשונה החומר ביקום. הכוח האלקטרומגנטי והכוח החלש שהיו צמודים נפרדים גם הם במעבר פאזה נוסף של היקום, ולראשונה נראים ארבעת כוחות היסוד כפי שהם מוכרים לנו בהווה. קוטרו של היקום הוא כ - 10¹² מטר - בסביבות שנת אור אחת. (כלומר מהזמן של 10 בחזקת מינוס 32 עד ל 10 בחזקת מינוס 6 היקום גדל מגודל זערורי לגודל של שנת אור אחת).

 קווארקים, אלקטרונים וניטרינו נוצרים מתוך האנרגיה בכמויות גדולות, היקום מתקרר מתחת ל – 10 בחזקת 24 מעלות, והוא מתמלא בפלזמה לוהטת של קווארקים, לפטונים, והאנטי-חלקיקים שלהם. הטמפרטורה עדיין גבוהה מכדי שהקווארקים יתחברו להאדרונים, אף שהגלואונים – החלקיקים נושאי הכוח החזק – קיימים, ומפעילים עליהם כוח. בעידן זה החלקיקים בפלזמה הקווארק-גלואונית מתחילים לקבל מסה ומתחיל להיווצר החומר ביקום. קווארקים ואנטי קווארקים מאיינים זה את זה תוך פליטת אנרגיה. מאחר שהטמפרטורה ירדה, אנרגיה זו כבר אינה מספיקה כדי לייצר זוגות קווארקים חדשים, ולכאורה כל הקווארקים היו אמורים להיעלם. זה לא קרה, יש לכך מספר הסברים תאורטיים, אך האסימטריה בין חומר לאנטי-חומר היא עדיין מסתורין שהמדע לא פענח.

 אסימטריית חומר אנטי-חומר  - כמעט לכל חלקיק יש אנטי-חלקיק תאום, שיש לו אותה מסה, מטען הפוך, והוא מעין תמונת ראי של בן זוגו. כשחלקיק נפגש עם האנטי-חלקיק שלו שניהם מתאיינים תוך פליטת אנרגיה. חוקי הפיזיקה הם סימטריים ואינם מבדילים בין חלקיק לאנטי חלקיק, לשניהם יש אותן תכונות פיזיקליות, ולאנטי-מים שמורכבים מאנטי חמצן ואנטי מימן יש אותן תכונות כמו למים. בתנאים של ראשית היקום נוצרה אותה כמות של חלקיקים כמו אנטי-חלקיקים. אם כך, החידה היא מדוע היקום עשוי מחומר, מדוע לא כל החלקיקים התאיינו עם אנטי-חלקיקים?

חלק מהתאוריות מניחות שלמעשה הסימטריה של חוקי הטבע אינה מושלמת, ולכן ייתכנו תהליכים שבהם יש העדפה קטנה ליצירת חומר על פני אנטי חומר. כלל האצבע של מכניקת הקוואנטים הוא, שכל דבר שיכול לקרות קורה, בתנאי שנשמרים הגדלים המצייתים לחוק שימור חזק, כגון אנרגיה ומספרים קואנטיים מסוימים, לרבות המספר הבאריוני, המספר הלפטוני והמטען החשמלי. (מספר בריוני הוא מספר קוונטי מוגדר. מספר לפטוני הוא מספר קוונטי המתאר את ההפרש בין כמות הלפטונים לכמות האנטי לפטונים המצויים בחלקיק). עם זאת, קיימים מספרים קוואנטיים אחרים, המצייתים לחוק שימור חלש – כלומר, שבירת סימטריה שלהם אפשרית. אסימטריה נצפתה בניסויים עם קאונים נייטרליים. (הקאונים הנייטרליים הם חלקיקים בעלי תכונות מורכבות, המייחדות אותם לעומת שאר החלקיקים המוכרים. קיימים שני סוגים של קאונים נייטרליים: (K-אפס-קצר) ו- (K-אפס-ארוך). שני הסוגים נושאים קווארקי ערכיות מסוג למטה ואנטי-מוזר או אנטי-למטה ומוזר. לשני החלקיקים יש מסה זהה, אך אורכי החיים שלהם שונים מאוד. ל-K-אפס-ארוך נדרשות כ – 5.115 כפול 10 בחזקת מינוס 8‎ שניות כדי לדעוך, זמן גדול פי כ - 571  מאורך החיים של K-אפס-קצר. תכונה קוואנטית ייחודית זו מעכבת את פעולת הכוח. חלקיקים כאלו נושאים מוזרות של 1+, בעוד האנטי-חלקיק שלהם, אנטיקאון נייטרלי, נושא מוזרות של 1-. מוזרות היא מספר קואנטי, אשר לרוב, הוא בעל ערך זהה לפני ואחרי תהליך פיזיקלי. מספר זה נשמר בתהליכים של הכוח החזק, הכוח האלקטרומגנטי והכבידה. אולם, הכוח החלש מסוגל לגרום הפרה של חוק שימור המוזרות. הקאון הנייטרלי דועך לשני פאיונים (פאיון, (Pion) או מזון פאי, הוא בוזון - חלקיק תת-אטומי, הנושא את הכוח הגרעיני, שהוא הכוח המחבר בין הנוקליאונים בגרעין האטום). כדי לשמר את המוזרות, האנטי-קאון אמור לדעוך לשלושה פאיונים. בניסויים נמצא שאחת ל - 500  דעיכות, הסימטריה הזאת מופרת, והאנטי-קאון דועך לשני פאיונים. הווה אומר, מדי פעם תהליך הדעיכה מפר את הסימטריה. באופן דומה קיימת תאוריה על תהליך באריוגנזה, שבו אחת למיליארד זוגות שמתאיינים יש הפרה של מספר הבאריונים, ומאינטראקציה כזאת נותר חלקיק בודד עודף.

(בַּרְיוֹגֵנֵזָה באנגלית (Baryogenesis) או היווצרות הבאריונים, היא תאוריה באסטרופיזיקה ובפיזיקת החלקיקים אשר מסבירה את תהליך ההיווצרות של הפרוטונים,  הנייטרונים ובאריונים נוספים ברגעים הראשונים שלאחר המפץ הגדול. מקור השם הוא חיבור של המונח באריון (משפחה של חלקיקים המרכיבים את רוב החומר הנראה ביקום), וגנזה - הסיומת הלועזית genesis לבראשית או "יצירה" באופן כללי. היווצרות הבאריונים התחילה מיד לאחר המפץ הגדול והסתיימה לאחר כשנייה אחת. אופן היווצרות הבאריונים היא אחת השאלות הפתוחות החשובות ביותר בפיזיקת חלקיקים).

ספקולציה אחרת היא שהאסימטריה שאנו רואים היא מדומה, ולמעשה קיימת ביקום סימטריה בין כמות החומר לאנטי-חומר, אבל היקום מחולק לאזורים של חומר ואזורים של אנטי חומר. ממרחק האזורים של אנטי-חומר נראים ומתנהגים כמו אזורי החומר. העדות לכך שהם אנטי-חומר תהיה רק בגבולות שלהם, כי שם תיפלט קרינה של פוטוני גמא כתוצאה מאיון זוגות חומר ואנטי-חומר. גבולות כאלה טרם נצפו, אך התאוריה מעלה אפשרויות מעניינות. למשל, אם אזורים כאלה קיימים הם עשויים לפעול כעין אנרגיה אנטי חומרית, בדומה לכך שהאנרגיה האפלה פועלת כאנטי-כבידה. ייתכן אפילו שאזורים אלה הם הם האנרגיה האפלה. (וראה הלן).

 עידן ההאדרונים

עידן ההאדרונים נמשך מ – 10 בחזקת מינוס 6 ועד לשנייה אחת על ציר הזמן הקוסמי. ארבעת כוחות היסוד כבר פועלים ביקום. הפלזמה הקווארק-גלואונית שמרכיבה את היקום מתקררת לבערך טריליון מעלות, מספיק כדי לאפשר לכוח החזק לחבר קווארקים וליצור האדרונים. האדרונים הם חלקיקים שמורכבים מקווארקים שמחוברים יחד על ידי הגלואונים נושאי הכוח החזק, המפורסמים שבהם הם פרוטון ונייטרון. לפרוטון יש מסה/אנרגיה נמוכה יותר מניטרון, לכן נוצרים כעת פי שבעה יותר פרוטונים מניטרונים. ניטרונים חופשיים שלא מתחברים לפרוטונים בתוך גרעין אטום אינם יציבים, והם דועכים והופכים לעוד פרוטונים. נוצרים גם אנטי-האדרונים, רוב ההאדרונים והאנטי-האדרונים מתאיינים זה עם זה, אבל 1 למיליארד האדרונים, כאמור, שורד. חלק מהניטרונים והניטרינו מתחברים מחדש לזוגות פרוטון-אלקטרון, החוקים היחידים ששולטים בהתחברויות והפרדיות מרובות אלה, הן שהמטען והאנרגיה נשמרים.

כשהטמפרטורה יורדת, חלקיקי ניטרינו משתחררים (decouple) מהאינטראקציה עם חלקיקים אחרים בפלזמה, והם מתחילים לנוע במרחב במהירות האור או קרוב לה. תהליך דומה יקרה לפוטונים בעידן הרקומבינציה, 380 אלף שנה מאוחר יותר, ופוטונים אלה מהווים את קרינת הרקע הקוסמית. תאורטית אפשר לבנות באופן דומה מפה של קרינת הרקע של הניטרינו, והיא תלמד אותנו על היקום שנייה או שתי שניות אחרי המפץ הגדול. נעשים מאמצים לאתר את קרינת הניטרינו הקדומה, זאת משימה קשה כי חלקיקי ניטרינו מגיבים רק לכוח החלש ולגרביטציה, והאנרגיה הצפויה שלהם היא זעירה וקרובה לאפס המוחלט.

 עידן הלפטונים

 עידן הלפטונים (שהאלקטרון הוא אחד מהם) נמשך בין שנייה אחת ל - 10 שניות על ציר הזמן הקוסמי, גודלו של היקום הוא כמה שנות אור. רוב ההאדרונים והאנטי-האדרונים התאיינו זה עם זה עד סוף עידן ההאדרונים, והותירו אחריהם שארית קטנה של האדרונים. לפטונים ואנטי-לפטונים נוצרים ומתאיינים תוך כדי פליטת אלקטרון ופוטון גמא עתיר אנרגיה. היקום עתה רוחש אלקטרונים כתוצאה מאיון זוגות לפטונים ומדעיכה של לפטונים מסיביים. הטמפרטורה עדיין גבוהה והאלקטרונים אינם יציבים. בערך 10 שניות אחרי המפץ הגדול הטמפרטורה יורדת לנקודה שבה זוגות לפטון ואנטי-לפטון לא נוצרים יותר, ביקום נשארות שאריות ההאדרונים והלפטונים, כשהם שטים בתוך ים של פוטונים עתירי אנרגיה.

 עידן הפוטונים

בין 10 שניות ל - 380,000 שנה על ציר הזמן הקוסמי. בתחילת עידן ארוך זה של התקררות הדרגתית היקום היה מלא פלזמה, מרק חם ואטום של גרעיני אטומים ואלקטרונים. אחרי שרוב הלפטונים והאנטי לפטונים התאיינו זה עם זה בסוף עידן הלפטונים, האנרגיה ביקום נשלטת על ידי פוטונים, שממשיכים להשתתף באינטראקציות עם פרוטונים, אלקטרונים, וגרעיני אטום בעלי מטען חשמלי.

הפלזמה מלאה פוטונים אבל היא אטומה בגלל פיזור קומפטון – המהלך החופשי הממוצע של הפוטונים, דהיינו המרחק שהם יכולים לעבור עד שהם נתקלים באלקטרון, הוא קצר מאוד. כשפוטון עתיר אנרגיה נתקל באלקטרון הוא גורם לו לפלוט גל באותו אורך, והגלים מתאבכים. (אפקט קומפטון או פיזור קומפטון הוא תופעה פיזיקלית בה קרני X וקרני גמא מתפזרות מחומר תוך כדי שאורך הגל שלהן גדל. את התופעה גילה ב  1922 הפיזיקאי האמריקני ארתור קומפטון בניסוי שערך. ב 1927 קיבל את פרס נובל לפיזיקה על גילוי זה).

 נוקליאוסינתזה – יצירת יסודות חדשים

בדקות הראשונות לעידן הפוטונים, בין דקה 3, לדקה 20, על ציר הזמן הקוסמי, הטמפרטורה יורדת ל- 10 בחזקת 11 מעלות, טמפרטורה שבה פרוטונים ונויטרונים מתחילים להתחבר בתהליך של היתוך גרעיני. עד כה היה ביקום רק גרעין מימן שהוא פרוטון, וכעת פרוטונים וניטרונים ניתכים ויוצרים גרעיני יסודות כבדים יותר. פרוטונים וניטרונים מתחברים לדאוטריום שהוא איזוטופ של מימן כבד המכיל פרוטון וניטרון, גרעיני דאוטריום מתחברים ליצירת הליום 4 שבו 2 ניטרונים ו - 2 פרוטונים. בתום פרק זמן זה הטמפרטורה היא כ – 10 בחזקת 9 מעלות. המימן וההליום שנוצרו עד כה מהווים את רוב החומר ביקום. נוצרה גם כמות זעירה של ליתיום 7. היסודות הכבדים יותר מליתיום ייווצרו בשלב מאוחר יותר, בנוקלאוסינתזה שתתרחש בתוך כוכבים.

 עידן הרקומבינציה

 עידן הרקומבינציה מתחיל בסביבות 380,000 שנה על ציר הזמן הקוסמי, רדיוס היקום הוא 42 מיליון שנות אור. הטמפרטורה ירדה מספיק כדי לאפשר לאלקטרונים להיקשר לגרעיני אטום, ולראשונה מופיעים ביקום אטומים. האלקטרונים החופשיים נתפסים על ידי יוני המימן וההליום ויוצרים אטומים ניטרליים. כל הכוחות המוכרים לנו קיימים ופועלים על האטומים החדשים, והיקום הוא בדרך להיות המרחב זרוע הכוכבים שאנו מכירים. התהליך הוא מהיר יחסית (ומהיר לאטומי ההליום יותר מאשר למימן), בסוף עידן הרקומבינציה רוב האלקטרונים ביקום נמצאים בתוך אטומים ניטרליים ואינם מתנגשים בפוטונים, והפוטונים חופשיים לנוע. הפוטונים שנוכחים בעידן זה הם אותם פוטונים שנמצאים בקרינת הרקע הקוסמית, אחרי שהתקררו על ידי התפשטות היקום. בעידן הרקומבינציה היקום נעשה שקוף והפוטונים השתחררו, אך עוד לא נוצר הכוכב הראשון שיאיר את השמיים והיקום פשוט חשוך. הקרינה היחידה היא הקרינה באורך גל של 21 ס"מ מאטומי מימן.  נעשים מאמצים לגלות את הקרינה החלשה הקדומה הזאת, כי על ידי מדידת העוצמה שלה בנקודות שונות אפשר יהיה למפות את כמות החומר ביקום בין עידן הרקומבינציה לעידן הריוניזציה. היא מלמדת גם על עידן הריוניזציה הבא בתור, מאחר שאטומי מימן מיוננים (כלומר ללא אלקטרון) מופיעים כ"חורים" בקו מימן 21. הטמפרטורה ירדה, החומר הבאריוני מפוזר בדלילות ביקום, והפעילות התמעטה בצורה דרמטית עם לוח זמנים ארוך מאוד, שבו נוצרים הכוכבים. החומר האפל המסתורי עדיין, מרכיב את רוב החומר ביקום.

מקובל להעריך שהעידן החשוך נמשך בין 380,00 עד 150 מיליון שנה על ציר הזמן הקוסמי בה החל להאיר הכוכב הראשון. ב - 2010 התגלתה הגלקסיה UDFy-38135539  עם שיא של הסחה לאדום. מרחקה מכדור הארץ כ - 13.1 מיליארד שנות אור, והיא נוצרה אי שם בעידן החשוך. לאחר מכן התגלו שתי גלקסיות נוספות בגיל דומה, חקר גלקסיות אלה מעניק אשנב לעידן קדום זה.

המאמר הבא מאמר  36 המשך