חומר אפל משפיע על התנהגות קוסמית באמצעות אינטראקציות כבידה, מה שמוביל לתופעות כמו "כוכבים אפלים", שעלולים להתפוצץ בדומה לסופרנובות. החקירה של חלקיקי חומר אפל פוטנציאליים, כגון WIMPs ו-axions, היא קריטית להבנת האירועים השמימיים הללו. קרדיט: twoday.co.il.com
חומר אפל, המשפיע על היקום באמצעות אינטראקציות כבידה, נותר חמקמק עם צורות פוטנציאליות כמו WIMPs ו-axions, האחרון עשוי ליצור "כוכבים אפלים" נפץ.
חומר אפל הוא חומר רפאים שאסטרונומים לא הצליחו לזהות במשך עשרות שנים, ובכל זאת שאנו יודעים שיש לו השפעה עצומה על החומר הרגיל ביקום, כמו כוכבים וגלקסיות. באמצעות כוח המשיכה האדיר שהוא מפעיל על גלקסיות, הוא מסובב אותן, נותן להן דחיפה נוספת לאורך מסלוליהן, או אפילו קורע אותן לגזרים.
כמו מראה קרנבל קוסמית, היא גם מכופפת את האור מאובייקטים מרוחקים כדי ליצור תמונות מעוותות או מרובות, תהליך שנקרא עדשת כבידה.
ומחקרים אחרונים מראים שזה עשוי ליצור אפילו יותר דרמה מזה, על ידי הפקת כוכבים שמתפוצצים.
המסע לזיהוי חומר אפל
למרות כל ההרס שהוא משחק בגלקסיות, לא הרבה ידוע אם חומר אפל יכול לקיים אינטראקציה עם עצמו, מלבד באמצעות כוח הכבידה. אם הוא חווה כוחות אחרים, הם חייבים להיות חלשים מאוד, אחרת, הם היו נמדדים.
מועמד אפשרי לחלקיק חומר אפל, המורכב ממעמד היפותטי של חלקיקים מסיביים בעלי אינטראקציה חלשה (או WIMPs), נחקר באינטנסיביות, עד כה ללא ראיות תצפיתניות.
לאחרונה, סוגים אחרים של חלקיקים, גם הם בעלי אינטראקציה חלשה אך קלים במיוחד, הפכו למוקד תשומת הלב. חלקיקים אלה, הנקראים אקסונים, הוצעו לראשונה בסוף שנות ה-70 כדי לפתור בעיה קוונטית, אך הם עשויים להתאים גם לחומר האפל.
אקסיון והמחול הקוסמי
בניגוד ל-WIMPs, שאינם יכולים "להיצמד" יחדיו ליצירת עצמים קטנים, אקסיוניז יכולים לעשות זאת. בגלל שהם כל כך קלים, מספר עצום של אקסונים יצטרכו להסביר את כל החומר האפל, מה שאומר שהם יצטרכו להיות דחוסים יחד. אבל בגלל שהם סוג של חלקיק תת-אטומי המכונה בוזון, לא אכפת להם.
למעשה, חישובים מראים שאקסיונים יכולים להיות ארוזים כל כך קרוב עד שהם מתחילים להתנהג בצורה מוזרה – פועלים ביחד כמו גל – לפי כללי מכניקת הקוונטים, התיאוריה השולטת בעולם המיקרו של אטומים וחלקיקים. מצב זה נקרא קונדנסט של Bose-Instein, והוא עשוי, באופן בלתי צפוי, לאפשר לאקסיונים ליצור "כוכבים" משל עצמם.
זה יקרה כאשר הגל זז בעצמו, ויוצר את מה שהפיזיקאים מכנים "סולטון", שהוא גוש אנרגיה מקומי שיכול לנוע מבלי להתעוות או להתפזר. זה נראה לעתים קרובות על פני כדור הארץ במערבולות ובמערבולות, או בטבעות הבועות שמהן נהנים הדולפינים מתחת למים.
המחקר החדש מספק חישובים שמראים שסוליטונים כאלה יגדלו בסופו של דבר בגודלם, יהפכו לכוכב, דומה בגודלו לכוכב רגיל או גדול ממנו. אבל לבסוף, הם הופכים לא יציבים ומתפוצצים.
האנרגיה המשתחררת מפיצוץ אחד כזה (שמכונה "בוסנובה") תתחרה בזו של סופרנובה (כוכב רגיל מתפוצץ). בהתחשב בכך שהחומר האפל עולה בהרבה על החומר הנראה ביקום, זה בוודאי ישאיר סימן בתצפיות שלנו על השמים. עדיין לא מצאנו צלקות כאלה, אבל המחקר החדש נותן לנו מה לחפש.
סיכויי תצפית והתפתחויות תיאורטיות
החוקרים מאחורי המחקר אומרים שהגז שמסביב, העשוי מחומר רגיל, יספוג את האנרגיה הנוספת הזו מהפיצוץ ויפלוט חלק ממנה בחזרה. מכיוון שרוב הגז הזה עשוי מימן, אנו יודעים שהאור הזה צריך להיות בתדרי רדיו.
באופן מרגש, תצפיות עתידיות עם טלסקופ הרדיו של מערך הקילומטרים המרובעים יוכלו לקלוט אותו.
התרשמותו של אמן זה מציגה את מערך הקילומטרים המרובע, מערך טלסקופים שנבנה כעת באוסטרליה ובאפריקה. קרדיט: SPDO/TDP/DRAO/Swinburne Astronomy Productions
אז בעוד שהזיקוקים מפיצוצי כוכבים אפלים עשויים להיות מוסתרים מעינינו, אולי נוכל למצוא את ההשלכות שלהם בחומר הגלוי. מה שמדהים בזה הוא שתגלית כזו תעזור לנו להבין ממה בעצם עשוי החומר האפל – במקרה הזה, ככל הנראה אקסיות.
מה אם תצפיות לא יזהו את האות החזוי? זה כנראה לא ישלול את התיאוריה הזו לחלוטין, מכיוון שחלקיקים "דמויי אקסיון" אחרים עדיין אפשריים. אולם כשל בזיהוי עשוי להצביע על כך שהמסות של החלקיקים הללו שונות מאוד, או שהם אינם מתחברים לקרינה בצורה חזקה כפי שחשבנו.
למעשה, זה קרה בעבר. במקור, חשבו שאקסיונים יתחברו בצורה כה חזקה עד שהם יוכלו לקרר את הגז בתוך כוכבים. אבל מכיוון שמודלים של קירור כוכבים הראו שכוכבים בסדר ללא מנגנון זה, חוזק צימוד האקסיון היה צריך להיות נמוך יותר מההנחה המקורית.
כמובן, אין ערובה שחומר אפל עשוי מאקסיונים. WIMPs הם עדיין מתמודדים במירוץ הזה, ויש גם אחרים.
אגב, כמה מחקרים מצביעים על כך שחומר אפל דמוי WIMP עשוי ליצור גם "כוכבים אפלים". במקרה זה, הכוכבים עדיין יהיו נורמליים (עשויים מימן והליום), כאשר החומר האפל רק מניע אותם.
הכוכבים האפלים הללו המונעים על ידי WIMP צפויים להיות סופר-מסיביים ולחיות רק לזמן קצר ביקום המוקדם. אבל ניתן היה לצפות בהם על ידי טלסקופ החלל ג'יימס ווב. מחקר שנערך לאחרונה טען לשלוש תגליות כאלה, אם כי חבר המושבעים עדיין לא יודע אם זה באמת המקרה.
אף על פי כן, ההתרגשות מאקסיונים גוברת, ויש תוכניות רבות לגלות אותם. לדוגמה, צירים צפויים להפוך לפוטונים כשהם עוברים דרך שדה מגנטי, ולכן תצפיות של פוטונים בעלי אנרגיה מסוימת מכוונות לכוכבים בעלי שדות מגנטיים, כגון כוכבי נויטרונים, או אפילו השמש.
בחזית התיאורטית, ישנם מאמצים לחדד את התחזיות כיצד ייראה היקום עם סוגים שונים של חומר אפל. לדוגמה, ניתן להבחין בין אקסונים ל-WIMP בדרך שבה הם מכופפים את האור באמצעות עדשת כבידה.
עם תצפיות ותיאוריות טובות יותר, אנו מקווים שתעלומת החומר האפל תיפתח בקרוב.
נכתב על ידי אנדריאה פונט, קוראת באסטרופיזיקה תיאורטית, אוניברסיטת ליברפול ג'ון מוורס.
עיבוד ממאמר שפורסם במקור ב-The Conversation.
