חומר אפל: התעלומה המסתורית של 95% מהיקום
אנחנו עומדים בלילה כוכבים וצופים בשמיים. כל מה שרואים , הכוכבים, הירח, אפילו האור הקלוש של גלקסיות רחוקות , מהווה רק 5% מהיקום. את השאר? אנחנו פשוט לא יכולים לראות.
בשנת 1933, האסטרופיזיקאי השוויצרי פריץ צוויקי עמד מול חידה מביכה. הוא חקר צביר גלקסיות ענק בשם קומה, שבו למעלה מ-1,000 גלקסיות מסתחררות יחד. כשחישב את מסת הצביר לפי כמות האור שהוא פולט, התוצאה הייתה מדאיגה: הגלקסיות נעו מהר מדי. כל כך מהר, שהיו אמורות להתפזר לכל עבר ולא להישאר מקובצות יחד. משהו החזיק אותן במקום , משהו שאי אפשר לראות.
צוויקי כינה את התופעה המסתורית הזו "דונקלה מטריה" שזה חומר אפל בגרמנית. הוא העריך שלצביר יש כ-400 פעמים יותר מסה ממה שניתן לצפות בעין. אבל בתקופה ההיא, רעיון כל כך מוזר נתפס כמושג שולי. רק בשנות ה-70, כשהאסטרונומית האמריקאית ורה רובין בחנה את תנועת הכוכבים בשולי גלקסיות ספירליות, התיאוריה קיבלה תוקף. רובין מצאה שכוכבים בקצוות החיצוניים של הגלקסיות נעים מהר בהרבה מהצפוי , כאילו משהו בלתי נראה מושך אותם.
המודל המקובל של הקוסמולוגיה, מודל למדא-CDM, טוען שחומר רגיל מהווה רק 5% מהיקום. חומר אפל תופס 26.8%, ואנרגיה אפלה שהיא תעלומה נפרדת משלה מהווה 68.2%. במילים אחרות: רוב המציאות שלנו עשוי מדברים שאנחנו לא מבינים.
מהפכה מדעית: חומר אפל כאשליה קוסמית
אבל מה אם כל התיאוריה הזו שגויה מהיסוד? מחקר חדש שפורסם ב-12 בספטמבר בכתב העת גָלַקְסִיז מציע הסבר חלופי מרתק. פרופסור רג'נדרה גופטה מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת אוטווה טוען שמה שאנחנו מפרשים כחומר אפל ואנרגיה אפלה הוא למעשה אשליה. לדבריו, "כוחות היקום למעשה נחלשים בממוצע ככל שהוא מתרחב".
הנה איך זה עובד: דמיינו שאתם מודדים את כוח המשיכה בין שני כוכבים. במודל המקובל, כוח המשיכה הוא קבוע, הוא תמיד אותו דבר. אבל גופטה מציע שכוח המשיכה משתנה עם הזמן ובמרחבים שונים של היקום. ההיחלשות הזו גורמת לכך שנראה כאילו יש "דחיפה מסתורית" שגורמת ליקום להתרחב מהר יותר, וזה מה שמדענים מכנים אנרגיה אפלה. באותו אופן, השונות של הכוחות האלה בסקלה של גלקסיות מביאה לכוח משיכה נוסף וזה מה שנחשב לחומר אפל.
גופטה מדגיש נקודה מרכזית: "מה שבאמת מרגש הוא שהגישה החדשה הזו מאפשרת לנו להסביר את מה שאנו רואים בשמיים, סיבוב גלקסיות, התקבצות גלקסיות, ואפילו את הדרך שבה אור מתכופף סביב עצמים מסיביים, מבלי שנצטרך לדמיין שיש משהו מסתתר שם בחוץ. הכל רק תוצאה של הקבועים של הטבע שמשתנים ככל שהיקום מזדקן".
המפתח להבנת המודל החדש הוא פרמטר שגופטה מכנה "אלפא". בסקלות קוסמולוגיות גדולות מעל 600 מיליון שנות אור, אלפא הוא קבוע. אבל בסקלה מקומית, כמו בתוך גלקסיה בודדת, הוא משתנה. במקומות שבהם יש הרבה חומר רגיל, כמו ליד ליבת הגלקסיה, השפעת כוח המשיכה הנוסף חלשה יותר. אבל בשולי הגלקסיה, שם יש מעט חומר, היא חזקה יותר. זה בדיוק מסביר מדוע כוכבים בקצוות החיצוניים נעים מהר יותר מהצפוי, בלי צורך בחומר אפל.
מועמדים לפתרון: WIMPs, אקסיונים וחורים שחורים
למרות התיאוריה החדשה של גופטה, רוב המדענים עדיין משוכנעים שחומר אפל הוא ממשי. אז מה הוא בעצם? יש כמה מועמדים מובילים. הראשון הוא מה שנקרא WIMPs ראשי תיבות של 'חלקיקים מסיביים המקיימים אינטראקציה חלשה', שזה חלקיקים היפותטיים שגדולים, כבדים ונעים לאט. הם לא סופגים או פולטים אור ולא מקיימים אינטראקציה חזקה עם חלקיקים אחרים. מדענים חושבים ש-WIMPs מקיימים אינטראקציה עם כוח הכבידה, אבל בצורה שמאפשרת להם לעבור דרך חומר רגיל כמעט בלי להשאיר עקבות.
מועמד נוסף הוא אקסיונים, חלקיקים תת-אטומיים היפותטיים בעלי מסה נמוכה ואנרגיה נמוכה. החלקיק הזה הוצע לראשונה ב-1977 כפתרון לבעיה יסודית בפיזיקה של חלקיקים. אקסיונים זכו לפופולריות בשנים האחרונות בגלל שכל הניסויים לגלות WIMPs נכשלו. למרות שמדענים השקיעו עשרות שנים בניסיון לגלות את החלקיקים האלה, עד סוף 2025 לא היה גילוי מאושר.
האפשרות השלישית? חורים שחורים ראשוניים, חורים שחורים שנוצרו זמן קצר לאחר הבריאה או עם הבריאה עצמה. בניגוד לחורים שחורים רגילים שנוצרים מקריסה של כוכבים, חורים שחורים ראשוניים נוצרו מכיסים צפופים במיוחד של חומר בימים הראשונים של היקום. העניין בהם התחדש ב-2015, כשמכשיר הגילוי LIGO זיהה גלי כבידה מהתנגשות של שני חורים שחורים במסה של כ-30 מסות שמש, עצמים שקשה להסביר דרך קריסה כוכבית רגילה.
בינתיים, החיפוש נמשך. מדענים משתמשים במאיץ ההדרונים הגדול ב-CERN, בגלאים תת-קרקעיים עמוקים, ובטלסקופים חלליים כדי לנסות ולגלות את החומר האפל. הם מחפשים חתימות של חלקיקים בלתי נראים בהתנגשויות פרוטון-פרוטון, מנסים לזהות רתיעה של גרעינים אטומיים כשחלקיקי חומר אפל עוברים דרכם, ומחפשים קרני גמא שעשויות להיווצר כשחלקיקי חומר אפל מתנגשים זה בזה.
אבל יש גם ביקורת. פרופסור סטייסי מקגו מאוניברסיטת קייס וסטרן ריזרב, שמתמחה בגלקסיות בעלות בהירות משטח נמוכה, מעלה שאלות על המודל המקובל. מקגו מזהה בעיות רציניות במודל LCDM הסטנדרטי: מהירויות פקוליאריות של צבירי גלקסיות גבוהות מדי, מבנים שמופיעים מוקדם מדי ביקום, חללים ריקים מדי, ועוד.
אז מה באמת קורה שם בחוץ? האם 95% מהיקום באמת עשויים מחומר אפל ואנרגיה אפלה שאנחנו לא מבינים? או שמא יש הסברים חלופיים שעדיין לא גילינו? התשובה עדיין מחכה לנו בכוכבים.
תגובות (0)
אין עדיין תגובות. היו הראשונים להגיב!