מהו חומר אפל?
חומר אפל הוא סוג של חומר המורכב מחלקיקים קטנים שאינם מתקשרים עם חומר רגיל ואינם פולטים קרינה אלקטרומגנטית. משמעות הדבר היא שהם אינם יכולים ליצור, להחזיר או לספוג אור. מסיבה זו, חומר אפל הוא שקוף ולא ניתן לראותו בעין בלתי מזוינת.
זכור שכשאנחנו מדברים על חומר אנו מתייחסים לכל גוף או חומר שתופס מקום בחלל ובעל מסה ונפח. חומר אפל עונה על מאפיינים אלה למרות שאי אפשר לראות אותו.
אז אם חומר אפל שקוף, איך נדע שהוא קיים? קיומו ידוע בשל ההשפעות שהוא גורם ביקום, כגון תזוזת כוכבים או עיוות האור שהם פולטים. הוא האמין כי הן תופעות והן אחרות עשויות להיות מושפעות מחומר אפל.
יש חשיבות עליונה למחקר של חומר אפל שכן הוא יאפשר לנו להבין את תפקודם של מבנים כוכבים. זה גם יעזור לפענח את מה שקרה ברגע הראשוני בו נוצר היקום, הידוע יותר בשם המפץ הגדול.
הרכב חומר אפל
למרות שקיומו של חומר אפל הוא עובדה שהוכחה על ידי המדע, לא ברור במיוחד ממה הוא עשוי. מה שידוע הוא שחומר אפל אינו מורכב מפרוטונים או נויטרונים (חומר בריוני). ואז נוצר קיומם של שני מרכיבים בסיסיים:
חומר שאינו בריוני (WIMP)
חומר שאינו בריוני יורכב מחלקיקים מסיביים אינטראקציה חלשה, הידועים יותר בשם WIMP (מאנגלית, אינטראקציה חלשה של חלקיקים מסיביים). הם חלקיקים קטנים מאטום ויש להם את היכולת לתקשר עם חומר גלוי באמצעות כוח הכבידה.
קיומם הוא היפותטי ומאמינים שאם הם היו קיימים הם יהיו קרים מאוד, יהיו בעלי כמות גדולה של מסת והם היו נעים לאט מאוד.
מכונות
האובייקטים המסיביים של ההילה הגלקטית או של MACHO (מאנגלית עצם הילה קומפקטי אסטרופיזי מסיבי) מורכבים מכוכבי לכת נודדים, כוכבים כושלים וחורים שחורים, שהם אזורי חלל עם משיכה כבידה גדולה.
למרות שייתכן שהם חלק מחומר אפל, שיעורם יהיה נמוך מאוד ביחס ל- WIMP.
ראה גם ענין
כיצד התגלה חומר אפל?
חומר אפל היה, באופן עקרוני, רק תיאוריה. בשנת 1933, האסטרונום והפיזיקאי השוויצרי פריץ צוויקי העלה את האפשרות שיש סוג של חומר שלא ניתן לגילוי שיכול להשפיע על התנועות המתרחשות באשכול גלקסיות בשם תרדמת.
אשכול הוא קבוצת כוכבים המושכים זה את זה עקב כוח הכבידה שלהם. וזוויקי גילה, באמצעות יישום השיטה המדעית, שהמסה הכוללת של האשכול הנחקר הייתה גדולה פי 400 מהמחושב. מסיבה זו הוא הסיק שיש סוג של חומר שאינו נראה לעין שמוסיף מסה נוספת לכל קבוצת הכוכבים הזו.
בשנות השבעים האסטרונומית ורה רובין גילתה שהכוכבים בגלקסיית אנדרומדה נעים באותה מהירות ללא קשר למיקומם. האחידות הזו במהירות העלתה שיש משהו אחר בעל אופי שאינו נראה לעין שמוסיף מסה לכוכבים האלה.
תרומתו של רובין הייתה חיונית בהנחת היסודות לקיומו של חומר אפל, שהוכח שוב ושוב בתצפיות שונות. אחד החשובים ביותר היה גילוי הגלקסיה VIRGOHI21 בשנת 2005, המורכב כמעט לחלוטין מחומר אפל.
בשנת 2021, התקבלה המפה המפורטת ביותר על חלוקת החומר האפל, שנוצרה על ידי טלסקופ ויקטור מ 'בלאנקו, הממוקם בצ'ילה. המפה מראה כי חומר אפל נפוץ הרבה יותר ביקום מכפי שהאמינו בתחילה, מה שפותח גישות חדשות בתחום האסטרונומיה והפיזיקה.
כיצד נצפה חומר אפל?
מכיוון שחומר אפל הוא למעשה שקוף, אין שיטת תצפית ישירה שיכולה להוכיח את קיומו בקלות. עם זאת, ישנן שיטות אחרות. הנפוצים ביותר הם:
עדשות הכבידה
עדשת כוח משיכה היא תופעה המתרחשת כאשר אור מגוף כוכבים רחוק מאוד מעוות בנוכחות גוף מסיבי אחר, כמו גלקסיה, כוכב לכת, השמש וכו '.
המדידה של עיוות זה, המעוצב בצורת עקומה, משמשת לקביעת מסת האובייקט שגרם לו. ההתאמה בין מסה לבין בהירות יכולה להצביע על קיומו של חומר אפל שכן ככל שהבהירות גבוהה יותר, כך החומר הכהה מכיל יותר חומר אפל.
טלסקופי קרני גמא
במרכז שביל החלב, הגלקסיה שלנו, יש הילה מאוד עזה של אור המורכבת מקרני גמא הנקראות GeV עודף של המרכז הגלקטי. הוא מאמין כי ההילה נוצרת על ידי חומר אפל שמשמיד את עצמו.
למרות שחומר אפל אינו יכול לפלוט או להחזיר אור, קיימת השערה כי התנגשות של שני חלקיקי חומר אפל יכולה לייצר פליטת קרני גמא בקנה מידה חלש מאוד. תוצאה זו נקראת "השמדת חומר אפל".
טלסקופי קרני גמא ממפים את היקום בחיפוש אחר המקור שמקורו בהירות מסוג זה וחשד שכאשר מגלים קרני גמא הוא גם מוצא חומר אפל. המפורסם ביותר הוא טלסקופ החלל פרמי גמא ריי.
אנרגיה שחורה
למרות שניתן להתבלבל ביניהן כמילים נרדפות, חומר אפל ואנרגיה אפלה הם שני מושגים שונים.
אנרגיה אפלה היא סוג של אנרגיה הקיימת בחלל המפעילה לחץ דוחה כל כך שהיא נוגדת את השפעת כוח הכבידה ותורמת להתרחבות מואצת של היקום.
אנרגיה אפלה מהווה כמעט 70% מהמסה בחלל, אך בדומה לחומר אפל, עדיין לא ידוע על תפקודו והרכבו.
גם אנרגיה אפלה וגם חומר אפל מתקיימים יחד ביקום, אך הן שתי תופעות עצמאיות.
ראה גם:
- עוֹלָם
- שביל החלב
- גָלַקסִיָה
