SciTechDaily

ניקולס

דינמיקת החומר האפל: חקר את לוויין שביל החלב המוזר, מכתש 2

זוהה בשנת 2016, מכתש 2 בולט בין גלקסיות לוויין בשל גודלו העצום והבהירות הנמוכה ביותר שלו, מה שרומז על דינמיקה חריגה של חומר אפל. מודל ה-CDM הרווח מתקשה להסביר תכונות כאלה. (קונספט האמן.) קרדיט: twoday.co.il.com

מכתש 2, גלקסיית לווין גדולה ועמומה, מציגה תכונות המאתגרות את תיאוריות החומר האפל הקר המסורתיות. תיאוריית SIDM מספקת הסבר טוב יותר, ומציעה אינטראקציות של חומר אפל המפחיתות את הצפיפות ומגדילות את גודל הגלקסיות, תוך התאמת תצפיות.

מכתש 2, הממוקם כ-380,000 שנות אור מכדור הארץ, הוא אחת מגלקסיות הלוויין הגדולות ביותר של שביל החלב. קר במיוחד ועם כוכבים שנעים לאט, למכתש 2 בהירות פני השטח נמוכה. כיצד נוצרה הגלקסיה הזו עדיין לא ברור.

אתגרים בהבנת מכתש 2

"מאז גילויו ב-2016, היו ניסיונות רבים לשחזר את התכונות החריגות של מכתש 2, אבל זה הוכיח את עצמו כמאתגר מאוד", אמר היי-בו יו, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת קליפורניה, ריברסייד, שצוותו כעת מציע הסבר למקורו של מכתש 2 במאמר שפורסם ב-The מכתבי יומן אסטרופיזיים.

גלקסיית לוויין היא גלקסיה קטנה יותר המקיפה גלקסיה מארחת גדולה יותר. החומר האפל מהווה 85% מהחומר של היקום, והוא יכול ליצור מבנה כדורי בהשפעת כוח הכבידה הנקרא הילה של חומר אפל. בלתי נראה, ההילה חודרת ומקיפה גלקסיה כמו מכתש 2. העובדה שמכתש 2 קר מאוד מעידה על צפיפות ההילה שלו נמוכה.

גלקסיות ננסיות סביב שביל החלב

הגלקסיה שלנו, שביל החלב, מוקפת בכחמישים גלקסיות ננסיות. רוב הגלקסיות הללו ניתנות לזיהוי רק באמצעות טלסקופים ונקראו על שם קבוצת הכוכבים שבה הן מופיעות בשמים (לדוגמה, דראקו, פסל או אריה). עם זאת, שתי הגלקסיות הננסיות הברורות ביותר נקראות הענן המגלן הגדול (LMC) והענן המגלן הקטן (SMC), ואלה נראות בקלות לעין בלתי מזוינת. קרדיט: ESA/Gaia/DPAC

יו הסביר כי מכתש 2 התפתח בשדה הגאות והשפל של שביל החלב וחווה אינטראקציות גאות ושפל עם הגלקסיה המארחת, בדומה לאופן שבו האוקיינוסים של כדור הארץ חווים כוחות גאות ושפל עקב כוח המשיכה של הירח. בתיאוריה, אינטראקציות הגאות והשפל יכולות להפחית את הצפיפות של הילת החומר האפל.

עם זאת, המדידות האחרונות של מסלולו של מכתש 2 סביב שביל החלב מצביעות על כך שעוצמת האינטראקציות הגאות והגאות חלשה מכדי להוריד את צפיפות החומר האפל של גלקסיית הלוויין כדי להיות עקבית עם המדידות שלה – אם החומר האפל עשוי מחלקיקים קרים ללא התנגשות , כצפוי מתיאוריית החומר האפל הקר הרווחת, או CDM.

"פאזל נוסף הוא כיצד מכתש 2 יכול לקבל גודל גדול, שכן אינטראקציות הגאות והשפל יפחיתו את הגודל כאשר גלקסיית הלוויין מתפתחת בשדה הגאות והשפל של שביל החלב", אמר יו.

הצעת תיאוריה חדשה: SIDM

יו וצוותו משתמשים בתיאוריה אחרת כדי להסביר את המאפיינים והמקור של מכתש 2. נקרא חומר אפל בעל אינטראקציה עצמית, או SIDM, זה יכול להסביר בצורה משכנעת התפלגות חומר אפל מגוונות. הוא מציע שחלקיקי חומר אפל מקיימים אינטראקציה עצמית באמצעות כוח אפל, ומתנגשים בחוזקה זה בזה קרוב למרכז הגלקסיה.

"העבודה שלנו מראה ש-SIDM יכול להסביר את המאפיינים יוצאי הדופן של מכתש 2", אמר יו. "מנגנון המפתח הוא שאינטראקציות עצמיות של חומר אפל מטפחות את ההילה של מכתש 2 ומייצרות ליבת צפיפות רדודה, כלומר, צפיפות החומר האפל משוטחת ברדיוסים קטנים. לעומת זאת, בהילה של CDM, הצפיפות תגדל בחדות לכיוון מרכז הגלקסיה".

לפי Yu, ב-SIDM, חוזק קטן יחסית של אינטראקציות גאות ושפל, התואם למה שניתן לצפות ממדידות של מסלולו של מכתש 2, מספיק כדי להוריד את צפיפות החומר האפל של מכתש 2, בהתאם לתצפיות.

"חשוב לציין שגודל הגלקסיה מתרחב גם בהילה SIDM, מה שמסביר את גודלו הגדול של מכתש 2", אמר יו. "חלקיקי חומר אפל פשוט קשורים בצורה רופפת יותר בהילה SIDM עם ליבה מאשר בהילה CDM 'קפיצית'. העבודה שלנו מראה ש-SIDM טוב יותר מ-CDM בהסבר כיצד נוצר מכתש 2."

יו הצטרפו למחקר על ידי Daneng Yang מ-UCR, ו-Xingyu Zhang וה-Haipeng An מאוניברסיטת Tsinghua בסין.

המחקר של יו נתמך על ידי קרן ג'ון טמפלטון ומשרד האנרגיה האמריקאי.

ניקולס