הדמיות של צביר הגלקסיות "אל גורדו" מצביעות על כך שחומר אפל עשוי להיות בעל אינטראקציה עצמית, ותומכים במודל ה-Self-Interacting Dark Matter (SIDM) על פני מודל החומר האפל הסטנדרטי ללא התנגשות. קרדיט: twoday.co.il.com
מחקר חדש מצביע על כך שחומר אפל בצביר הגלקסיות "אל גורדו" מציג תכונות התנגשות, ומאתגר את המודל הסטנדרטי של חומר אפל נטול התנגשות.
בניגוד למה שנקבע במודל הסטנדרטי, חומר אפל אכן עשוי להיות בעל אינטראקציה עצמית. זו הייתה המסקנה של מחקר חדש שנערך על ידי ריקרדו ולדרניני מקבוצת האסטרופיזיקה והקוסמולוגיה של SISSA ופורסם ב- אסטרונומיה ואסטרופיזיקה (A&A).
בעזרת סימולציות מספריות, המחקר ניתח את מה שקורה בתוך "אל גורדו" (מילולית "השמן" בספרדית), מיזוג אשכולות ענק במרחק שבעה מיליארד שנות אור מאיתנו. החישובים הצביעו על כך שבאשכול זה ניתן להסביר את ההפרדה הפיזית הנצפית בין נקודות הצפיפות המרבית של החומר האפל לאלו של מרכיבי המסה האחרים באמצעות מה שנקרא מודל SIDM (Self-Interacting Dark Matter), בניגוד לתקן. אחד.
מחקר זה תורם תרומה חשובה לטובת מודל SIDM, לפיו חלקיקי חומר אפל מחליפים אנרגיה באמצעות התנגשויות, עם השלכות אסטרופיזיות מעניינות.
אל גורדו גלקסי אשכול מורכב. קרדיט: רנטגן: NASA/CXC/Rutgers/J.Hughes et al, אופטי: ESO/VLT/Pontificia Universidad. Catolica de Chile/L.Infante & SOAR (MSU/NOAO/UNC/CNPq-Brazil)/Rutgers/F.Menanteau, IR: NASA/JPL/Rutgers/F.Menanteau
"אל גורדו": מבנה קוסמי ענק לחקר החומר האפל
"לפי המודל הקוסמולוגי הסטנדרטי המקובל כיום, צפיפות החומר הבריוני הנוכחית של היקום יכולה להוות רק 10% מכלל תכולת החומר שלו. 90% הנותרים הם בצורת חומר אפל", מסביר ריקרדו ולדרניני, מחבר המחקר.
"נהוג לחשוב שהחומר הזה הוא לא בריוני ועשוי מחלקיקים קרים ללא התנגשות, המגיבים רק לכוח המשיכה. מכאן השם "חומר אפל קר" (CDM). עם זאת, יש עדיין מספר תצפיות שטרם הוסברו באמצעות המודל הסטנדרטי", אומר החוקר. "כדי לענות על שאלות אלו, מספר מחברים מציעים מודל חלופי, הנקרא SIDM."
הוכחת תכונות ההתנגשות של החומר האפל ובאופן כללי יותר, תיאוריות חלופיות למודל הקוסמולוגי הסטנדרטי היא מסובכת מאוד: "עם זאת, ישנן מעבדות ייחודיות שיכולות להוכיח שימושיות מאוד למטרה זו, במרחק שנות אור רבות מאיתנו. אלו הם צבירי הגלקסיות המאסיביים, מבנים קוסמיים ענקיים שעם התנגשות קובעים את האירועים האנרגטיים ביותר מאז המפץ הגדול. עם מסה של כ-1015 מסות השמש, אל גורדו הוא אחד מצבירי הגלקסיות הגדולים ביותר שאנו מכירים. בשל המוזרויות שלו, אל גורדו היה נושא למחקרים רבים, תיאורטיים ותצפיתיים כאחד."
חומר אפל יכול להיות התנגשות
לפי הפרדיגמה הסטנדרטית, במהלך מיזוג צביר, התנהגות מרכיב מסת הגז המתנגש תהיה שונה מזו של שני המרכיבים האחרים – גלקסיות וחומר אפל. בתרחיש זה, הגז יפזר חלק מהאנרגיה הראשונית שלו.
"זו הסיבה שאחרי ההתנגשות, שיא צפיפות מסת הגז יפגר מאחורי אלו של החומר האפל והגלקסיות", מסביר ולדרניני.
עם זאת, עם מודל SIDM, יש להבחין בתופעה מוזרה, כלומר ההפרדה הפיזית של מוקדי החומר האפל – נקודות הצפיפות המקסימליות שלו – מאלה של רכיבי מסה אחרים עם מוזרויות המייצגות "חתימה של מודלים של SIDM" אמיתית. לפי תצפיות, זה בדיוק מה שקורה בתוך "אל גורדו".
תצפית על אל גורדו
"בוא נתחיל בתצפיות:" מסביר ולדרניני. אל גורדו מורכב משני תת-צבירים מסיביים, הנקובים בהתאמה צפון-מערבי (NW) ודרום-מזרחי (SE). תמונת רנטגן של צביר "אל גורדו" מציגה שיא פליטת קרני רנטגן בודד בתת-צביר SE ושני זנבות חלשים מוארכים מעבר לשיא קרני הרנטגן. תכונה ראויה לציון היא מיקום השיא של מרכיבי המסה השונים. בניגוד למה שניתן לראות בצביר הכדורים, דוגמה חשובה נוספת לצביר מתנגש, שיא קרני הרנטגן קודם לשיא החומר האפל SE.
"יתרה מכך, גלקסיית האשכולות הבהירה ביותר (BCG) לא רק עוקבת אחרי שיא קרני הרנטגן, אלא גם נראה שהיא מאופקת מבחינה מרחבית ממרכז המסה SE. היבט בולט נוסף ניתן לראות בצביר NW, שבו שיא צפיפות מספר הגלקסיות מוסט מרחבית משיא המסה המקביל."
ממצאי מחקר מציעים חומר אפל מתנגש כהסבר לתופעות שנצפו ב"אל גורדו"
על מנת להסביר את ממצאיו ולאמת את המודלים של SIDM, במחקר שפורסם ב אסטרונומיה ואסטרופיזיקה, ולדרניני השתמש במערך גדול של מה שנקרא סימולציות N-גוף/הידרודינמיות. לפיכך, הוא ביצע מחקר שיטתי שמטרתו לשחזר את תכונות התצפית של "אל גורדו".
"התוצאה המשמעותית ביותר של מחקר סימולציה זה היא שההפרדות היחסיות שנצפו בין מוקדי המסה השונים של צביר "אל גורדו" מוסברים באופן טבעי אם החומר האפל מקיים אינטראקציה עצמית", קובע ולדרניני. "מסיבה זו, הממצאים הללו מספקים חתימה חד משמעית של התנהגות של חומר אפל המציג תכונות התנגשות בהתנגשות מקבץ אנרגטית מאוד בהיסט לאדום.
"עם זאת, יש חוסר עקביות, שכן ערכי החתך של SIDM המתקבלים מהסימולציות אלה גבוהים מהגבולות העליונים הנוכחיים, שהם בסדר אחדות בסקלות מקבץ. זה מצביע על כך שיש להתייחס למודלים הנוכחיים של SIDM כקירוב מסדר נמוך בלבד, וכי התהליכים הפיזיקליים הבסיסיים המתארים את האינטראקציה של החומר האפל במיזוגים של אשכולות גדולים מורכבים יותר ממה שניתן לייצוג הולם על ידי הגישה המקובלת המבוססת על הפיזור. של חלקיקי חומר אפל.
"המחקר מציג נימוקים משכנעים לאפשרות של אינטראקציה עצמית של חומר אפל בין צבירים מתנגשים כחלופה לפרדיגמת החומר האפל הסטנדרטית ללא התנגשות."
