חומר אפל ואנרגיה אפלה, המרכיבים את רוב היקום, הם כוחות חמקמקים המעצבים את המבנה וההתפשטות הקוסמית. מדענים ברחבי העולם, כולל במעבדה הלאומית של Argonne, משתמשים בטכנולוגיה מתקדמת כדי לפענח את התעלומות הללו. קרדיט: twoday.co.il.com
מה הם חומר אפל ואנרגיה אפלה?
יש משהו לא בסדר בקוסמוס. נראה שהשפעות מסתוריות מותחות את היקום ומגבשות דברים יחד בדרכים בלתי צפויות, אבל אנחנו לא יכולים לראות או לגעת בהם. מדענים קוראים להשפעות הללו אנרגיה אפלה וחומר אפל.
בני אדם חקרו את השמים במשך אלפי שנים, ובמאה האחרונה, מדענים באמת התחילו להבין כיצד היקום נע ומשתנה בהשפעת כוח הנקרא כוח משיכה. כוח הכבידה משפיע על הכל, כולל לא רק חומר – כינוי מדעי לדברים – אלא גם אור. זה מה שמושך את גופנו לתוך כדור הארץ, וזה עובד גם על המרחקים העצומים בין כוכבים וגלקסיות.
בסרטון זה של Science 101, החוקרים הפוסט-דוקטורנטים ג'יליאן בלז-מורמן ופלוריאן קרוזורה חוקרים שתיים מהתעלומות הגדולות ביותר במדע: חומר אפל ואנרגיה אפלה. נראה שההשפעות המוזרות הללו מותחות את היקום ומגבשות דברים יחד בדרכים בלתי צפויות. יחד, הם מהווים 95% עצום מהיקום, אבל בגלל שאנחנו לא יכולים לראות או לגעת בהם, אנחנו לא יודעים מה הם. חוקרים ברחבי העולם, כולל מדענים מהמעבדה הלאומית של משרד האנרגיה של ארגון, חוקרים את טבעם של החומר האפל והאנרגיה האפלה באמצעות סקרים קוסמולוגיים גדולים, ניסויים בפיסיקה של חלקיקים ומחשוב וסימולציה מתקדמים.
כוח הכבידה ממלא תפקיד מכריע באופן שבו גלקסיות נוצרות ומתנועעות. ככל שמדענים לומדים יותר על היקום, הם מגלים שהרבה מההתנהגות של גלקסיות לא תהיה הגיונית אלא אם כן תהיה כמות עצומה של חומר בלתי נראה – הרבה יותר חומר ממה שעדיין לא חשפנו. החומר הבלתי נראה – או האפל – הזה מפעיל כוח משיכה נוסף. אם זה לא היה קיים, חלק מהגלקסיות היו מתעופפות זו מזו וחלקן לא היו נוצרות כלל.
גרף זה מראה דוגמה מציאותית לאופן שבו חומר אפל יכול לגרום לאזורים החיצוניים של גלקסיות ספירליות להסתובב מהר יותר ממה שהיו נראים לו היו רק תחת השפעת כוח המשיכה מחומר גלוי. אי התאמה זו מעידה על קיים חומר אפל, המפעיל כוח משיכה נוסף. קרדיט: Argonne National Laboratory
אנחנו קוראים לזה "חשוך" כי אנחנו לא יכולים לראות את זה. בניגוד לחומר הנראה (חומר שאנו יכולים לראות, כולל כוכבים, כוכבי לכת, מים וכו'), נראה שהוא אינו משחרר או סופג אור, או מקיים אינטראקציה עם חומר אחר אלא באמצעות כוח הכבידה. אנחנו יודעים איפה זה צריך להיות, אבל שום דבר לא נמצא שם כשאנחנו מסתכלים. זה כמו לראות אדוות בבריכה, אבל לא להיות מסוגל לראות מה גרם להם.
בינתיים, משהו אחר דוחף את היקום להתרחב מהר יותר ויותר. היקום, ככל שאנו יכולים לדעת, מתרחב מאז החל לפני 13.8 מיליארד שנים. המרווח בין אובייקטים הולך וגדל, כאילו החלל עצמו נמתח כמו משטח של בלון בזמן שהוא מתנפח. מדענים ציפו שמהירות ההתרחבות הזו תאט עם הזמן, אבל במקום זאת, הם גילו את ההיפך. לפני כחמישה מיליארד שנים, התפשטות היקום החלה להאיץ. אנחנו לא יודעים מה גורם להתפשטות המואצת הזו, אבל קראנו לה אנרגיה אפלה.
כוח הכבידה מחומר אפל יכול לכופף אור הנוסע מגלקסיות רחוקות, ולגרום לתמונות שלהן להיראות מעוותות כשהן מגיעות לטלסקופים שלנו. תופעה זו, הנקראת עדשות כבידה, חושפת את נוכחותו של החומר האפל למרות שאיננו יכולים לראות אותה. קרדיט: Argonne National Laboratory
ממה שמדענים יכולים לדעת, החומר הנראה מהווה רק 5% מהיקום. מאמינים שחומר אפל ואנרגיה אפלה מהווים את שאר 27% ו-68%, בהתאמה. במילים אחרות, מה שאנחנו יודעים היטב – חומר גלוי – אפילו לא מתקרב להסבר טבעו של הרוב המכריע של היקום.
אז איך מדענים מנסים לפתור את התעלומה הזו? מה הם חומר אפל ואנרגיה אפלה?
כדי לגלות, אנחנו צריכים נתונים, והרבה מהם. כדי לאסוף נתונים אלה, מדענים בונים טלסקופים ומצלמות ענקיות. אלה כוללים את טלסקופי החלל האבל וג'יימס ווב בחלל החיצון; טלסקופ הקוטב הדרומי באנטארקטיקה; המכשיר הספקטרוסקופי של אנרגיה אפלה באריזונה; וסקר האנרגיה האפלה ומצפה הכוכבים של ורה סי רובין בצ'ילה.
היקום מורכב בעיקר מאנרגיה אפלה וחומר אפל. חומר גלוי (כל מה שאנו יכולים לראות, כולל כוכבים וכוכבי לכת) מהווה רק כ-5% מהיקום. מדענים חוקרים את טיבם של 95% הבלתי ידועים. קרדיט: Argonne National Laboratory
מכשירים רגישים אלה סוקרים את השמים כדי לחשוף את מיקומן ותנועתן של הגלקסיות ביקום לאורך זמן. מחשבי-על עוזרים למדענים להריץ סימולציות מפורטות של היקום וכן לנתח את הנתונים מהטלסקופים. בנוסף להסתכלות בשמים לתשובות, מדענים בונים גם גלאים רגישים לחיפוש ישיר אחר חומר אפל על פני כדור הארץ.
חוקרים במעבדה הלאומית Argonne של משרד האנרגיה האמריקני תורמים לחקר החומר האפל והאנרגיה האפלה באמצעות השתתפות בסקרים קוסמולוגיים גדולים אלה, ניסויים בפיזיקה של חלקיקים ובאמצעות מחשוב וסימולציה מתקדמים. מידע מסקרים וסימולציות אלה עוזר למדענים ליצור מפות של היכן קיים חומר אפל ומספק רמזים לגבי טבעה של האנרגיה האפלה
ככל שהטלסקופים, מחשבי העל ומכשירים אחרים שלנו משתכללים, אנו מוצאים יותר ויותר עדויות לכך שאנו מפספסים משהו גדול, ומדענים עובדים כדי להבין מה זה יכול להיות. עבודתם של מדעני ארגון מקרבת את העולם לפענוח התעלומות הקוסמיות הללו.
