אחד הדברים שאני אוהב באסטרונומיה הוא איך היא משתנה במהירות ומתפתחת עם הזמן. כל יום יש תגליות חדשות והתקדמות בתיאוריות שלוקחות אותנו קדימה בהדרגה בהבנת היקום.
אחת הדוגמאות הטובות ביותר לכך היא החומר האפל; מסתורי ובלתי נראה אך חלק משמעותי מהיקום ומהווה את הרוב המכריע של המסה בחוץ.
זה היה תיאורטי לראשונה לפני כמעט 100 שנה כאשר אסטרונומים סקרו את המסה הכוללת של צבירי גלקסיות מרוחקות ומצאו שהמסה הנראית לעין שאנו יכולים לראות חייבת להיות רק חלק מכלל החומר בצבירים. כאשר אתה מחבר את הכוכבים והגז, הגלקסיות נעות ומסתובבות בדרכים המעידות על הילה ענקית של חומר בלתי נראה המקיפה אותה.
כמה מהראיות הטובות ביותר הגיעו מ-ורה רובין וקנט פורד בשנות ה-60 וה-70, כאשר הם מדדו את מהירות הסיבוב של גלקסיות ספירליות בקצה. הם העריכו שחייב להיות בערך פי 6 יותר חומר אפל מחומר רגיל.
תמונת טלסקופ החלל האבל של נאס'א מציגה את התפלגות החומר האפל במרכז צביר הגלקסיות הענק אבל 1689
החומר האפל הפך לתעלומה רצינית באסטרונומיה, ומשקיפים ותיאורטיקנים רבים בילו את חצי המאה האחרונה בניסיון להבין מה זה.
והחומר האפל לא ויתר על סודותיו בקלות. במקור, אסטרונומים חשבו שאולי זו לא בעצם מסה בלתי נראית, אלא אי הבנה של אופן הפעולה של כוח הכבידה בקנה מידה הגדול ביותר.
אבל במהלך העשורים האחרונים פותחו טכניקות המשתמשות בכוח המשיכה של החומר האפל עצמו כדי למדוד כיצד הוא מכופף אור מעצמים רחוקים יותר. אסטרונומים אינם יודעים מהו חומר אפל, אבל הם מסוגלים להשתמש בו כטלסקופ. עכשיו זה מרשים.
הם מצאו מאפיינים מדהימים ברשת החומר האפל שם בחוץ, קירות וחוטים עצומים שמגדירים את המבנים בקנה מידה הגדול ביותר ביקום. אשכולות שבהם החומר האפל והגז שלו הופרדו זה מזה.
זכרו, אנחנו בקצה החוד של התעלומה הזו, ואתם צופים בה מתפתח בזמן אמת. בעוד 25 שנה, אני בטוח שנסתכל אחורה על הניסיונות המוזרים שלנו להבין חומר אפל.
אחת השאלות הכי מעניינות שיש לי כרגע היא: האם יכולות להיות גלקסיות של חומר אפל? בלתי נראה לחלוטין לעינינו, אך מסוגל לקיים אינטראקציה באמצעות כוח הכבידה?
הפצת חומר אפל ב-Supercluster Abell 901/902
כמובן שבזמנים כאלה אני אוהב להביא צלצול. מישהו שהקדיש את חייו לחקר השאלות הללו.
והיום, יש לי עם שרה פירסון שלי, סטודנטית לתואר שני באסטרונומיה באוניברסיטת קולומביה והמארחת של ' חלל עם שרה '. שרה חוקרת את היווצרותן ואינטראקציות הגומלין של גלקסיות ננסיות המקיפות את שביל החלב כדי להבין כיצד גלקסיות נבנו בזמנים המוקדמים ביותר ביקום ויוצרות את הגלקסיות הגדולות שאנו רואים כיום.
פרייזר:שרה, ברוכה הבאה למדריך החלל.
שרה:היי פרייזר, תודה.
פרייזר:האם אתה יכול לדבר קצת על האופן שבו אסטרונומים ממפים את התפלגות החומר האפל ביקום?
שרה:כן בהחלט. אז זו שאלה קשה, כפי שהסברת זה עתה, אנחנו לא רואים את החומר האפל. אבל הנחה אחת לגבי היקום בו אנו חיים היא שהחומר הקל או החומר הבריוני. לדוגמה, ממה מורכבים אתה, אני והכוכבים, וגם גלקסיות, מתארים היכן נמצא החומר האפל.
אז הנחה אחת היא שהחומר הקל עוקב אחר החומר האפל. בדרך זו אנו יכולים למעשה למפות למרחקים עצומים, בערך כיצד ממוקמים גלקסיות וצבירי גלקסיות ביקום שלנו. ואנחנו מדמיינים שמבנה החומר האפל דומה במקצת.
סימולציה של חומר אפל. קרדיט תמונה: נאס'א
וגם לאחרונה, סימולציות של מבנה בקנה מידה גדול מאוד של היקום שלנו פנו לזה על ידי התחלה עם התפלגות כמעט אחידה של חומר אפל ביקום המוקדם מאוד. ומה שהם רואים זה כשהם נותנים ליקום להתפתח בזמן, למשל, כשהיקום מתרחב, יש לך סוג של גושי החומר האפל האלה שנוצרים לגלקסיות בכל החוטים האלה שדיברת עליהם.
אתה יכול להתחקות אחר מיקומו של החומר האפל על ידי הבנת התפשטות החלל מול כוח הכבידה שיוצרת את הגלקסיות שאנו רואים.
פרייזר:ואני יודע בתצפיות שאתה רואה את ההפצות השונות האלה של חומר וחומר אפל, זה לא הרדיו המושלם 1:6 שרק הזכרתי קודם. אתה למעשה רואה התקבצות של חומר אפל שלפעמים מופרד מחומר רגיל. אז האם באמת יש לך גלקסיות שלמות שכולן עשויות מחומר אפל?
שרה:כן, זה אחד הנושאים שאני מאוד מתרגש מהם. אני עובד על חלק מהגלקסיות הללו של החומר האפל בלבד, והדרך שבה אתה יכול לחשוב על זה היא שהחומר האפל מופץ באופן כמעט אחיד ביקום המוקדם. אבל חלק ממנו צפוף מעט יותר מחלקים אחרים, שמתמוטט לגלקסיות. והרבה מהגלקסיות האלה למעשה יהיו הרבה יותר קטנות משביל החלב. ומכיוון שהם כל כך קטנים, הם מתקשים באמת להחזיק בעניין שבתוכם.
כוכב צעיר ובהיר זורח קרדיט: NASA/JPL-Caltech
אנו חושבים שכאשר היווצרות כוכבים מופעלת בגלקסיות הללו, אתה עלול למעשה לפוצץ הרבה מהגז שעלול ליצור עוד כוכבים, אבל לא תפוצץ את החומר האפל. זה אומר שאתה יכול לגמור עם הגלקסיות הקטנות הקטנות האלה שיש בהן רק חומר אפל. אולי יש להם קצת גז, אבל לנו, האסטרונומים, קשה מאוד למצוא אותם.
פרייזר:ובכן, אם הם חומר אפל, והחומר האפל אינו נראה, איך נמצא אותם?
שרה:הו, שאלה מצוינת. כך, למשל, סביב שביל החלב של הגלקסיה שלנו, משערים בפרדיגמה הנוכחית שלנו של קוסמולוגיה ובאופן שבו אנחנו חושבים על היקום, למעשה צריכים להיות אלפי גושי חומר אפל, גלקסיות החומר האפל האלה, שמקיפות את הגלקסיה שלנו.
התרשמות האמן מחומר אפל המקיף את שביל החלב. (ESO/L. Calçada)
חלק מאלה עלולים להיהרס כשהם עוברים דרך דיסקת שביל החלב הענקית, זו דרך אחת להשמיד אותם. הקטנים יותר עלולים להיהרס רק על ידי הגאות והשפל כשהם מקיפים את הגלקסיה. עם זאת, אנו מתארים לעצמנו שחלקם עשויים לשרוד. למעשה הם יכולים לחרוש במה שאנו מכנים זרמי כוכבים, שנוצרים כאשר גלקסיה אמיתית נופלת לתוך שביל החלב שלנו ונמתחת בגאות. אתה אמור להיות מסוגל לראות את חתימות הצפיפות הללו בזרם הכוכבים, וזה עשוי להצביע על סוג הילת החומר האפל שחרש דרכן.
פרייזר:רמזת על דרך שהם יכולים להיווצר. יש לך את הכוכבים האלה מכיוון שהם מתחילים להיווצר ומתפוצצים מעצמם, וגוש החומר האפל לא יכול להחזיק בהם, אז החלק הזה נעלם. האם זו הדרך העיקרית שבהן אלו עלולות להיווצר, האם יש דרכים אחרות להשיג את הגלקסיות האפלות הללו?
שרה:השערה שונה היא שאם יש לך AGN, גרעינים גלקטיים פעילים בתוך גלקסיה מחור שחור, אתה יכול למעשה לפוצץ הרבה מהגז גם מגלקסיה. אבל עדיין לא ממש ברור לנו, האסטרונומים, איזה סוג של גלקסיות ואם לגלקסיות קטנות יהיו את הגרעינים הגלקסיים הפעילים האלה.
התרשמותו של אמן זה מציגה את הסביבה של החור השחור העל-מאסיבי בלב הגלקסיה הפעילה NGC 3783 בקבוצת הכוכבים הדרומית קנטאורוס (הקנטאור). קרדיט: ESO/M. קורנמסר
אז התיאוריה הטובה ביותר כרגע היא שחלק מהם אולי משכו הרבה גז בהתחלה כי לא היה להם הרבה כוח משיכה למשוך את הגז. אבל גם בגלל שהגז הזה אבוד לגמרי. גם מכוכבים שמתפוצצים, למעשה, לא רק מכוכבים שנדלקו בהתחלה.
פרייזר:ואני יודע שאסטרונומים ופיזיקאים מנסים לחפש חומר אפל במאיץ ההדרונים הגדול, ומנסים לראות אם הם יכולים להבין את החלקיק הבסיסי. האם החיפוש שאתה עובד עליו נותן לנו תחושה כלשהי של הטבע הבסיסי הזה של החומר האפל?
שרה:כן, גם שאלה מצוינת, כי למשל אם החומר האפל קר. פרדיגמת החומר האפל הקר מאוד פופולרית כרגע. מה שקובע שחומר אפל עשוי להיות חלקיק מסיבי מאוד בעל אינטראקציה חלשה. כאשר אנו אומרים חומר אפל חם או קר, אנו מתייחסים גם למהירות התנועה שלו. ותלוי איזה סוג של חלקיקי חומר אפל זה, זה סוג של מגדיר את המבנה של היקום המוקדם.
אז אנחנו יכולים להתחיל לספור, אם יש לנו חומר אפל קר, היינו מצפים לראות כמות מסוימת של הגלקסיות האפלות הקרות האלה, שבהן הכמות הזו תהיה שונה, אם היה לנו חומר אפל חם.
חיפוש החומר האפל הסופר קריוגני הבינלאומי (SuperCDMS) זיהה את מה שעשוי להיות החלקיק שלדעתו מרכיב את החומר האפל ברחבי היקום.
פרייזר:זה ממש מגניב, אז התצפיות שאתה עושה נותנות לפיזיקאים מושג טוב יותר על מה הם צריכים לחפש במאיצי החלקיקים שלהם, ושני הצדדים יכולים לעבוד יחד. זה ממש נהדר.
בסדר שרה, הימור שלך. מה לדעתך המועמד הסביר ביותר לחומר אפל?
שרה:אני עדיין חושב שזו שאלה קשה, ואני לא בטוח אם הפיזיקאים של החלקיקים עדיין חושבים שאנחנו עוזרים להם. אנחנו עדיין ניגשים לדברים מצדדים שונים, אבל נראה.
אני עדיין חושב שזה הולך להיות אחד מאותם חלקיקים מאסיביים אינטראקטיביים חלשים שפשוט לא גילינו עדיין.
פרייזר:תודה רבה שהצטרפת אליי במדריך לחלל שרה, אני מאוד מעריך שהסברת לנו את גלקסיות החומר האפל הללו.
ובכן יש לך את זה. חומר אפל זה מוזר, דברים מוזרים. אנחנו עדיין לא יודעים מה זה, אבל אנחנו יכולים לראות איך הוא נע, מקיים אינטראקציה עם החומר באמצעות כוח המשיכה שלו. ואנחנו יכולים לראות איך זה יכול ליצור גלקסיות שלמות של חומר אפל בלבד.
תודה גדולה לשרה פירסון. אם עדיין לא עשית זאת, לך בדוק את ערוץ היוטיוב שלה: חלל עם שרה. היא מכסה נושאים גדולים, כמו לתהות מתי השמש תכבה, כמה גדול היקום, ואיך גלקסיות יכולות להתנגש ביקום מתרחב.
פודקאסט (אודיו): הורד (משך: 9:37 - 3.3MB)
הירשם: פודקאסטים של אפל | RSS
פודקאסט (וידאו): הורד (משך: 9:40 - 126.0MB)
הירשם: פודקאסטים של אפל | RSS