חומר אפל
מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
באסטרופיזיקה, חומר אפל הוא חומר שאינו נצפה באופן ישיר, ועל קיומו מסיקים בעקיפין, מתוך ההשפעות הכבידתיות שלו. חומר זה הוא 'אפל', בניגוד לחומר המאיר שבו אנו יכולים לצפות, דהיינו כוכבים, ענני גז ואבק בין כוכבי.
על-פי התאוריה המקובלת, החומר האפל מרכיב יחד עם האנרגיה האפלה כ-96% מן המסה של היקום. פענוח הרכבו של החומר האפל הוא אחת הבעיות החשובות ביותר באסטרופיזיקה.
תוכן עניינים |
[עריכה] הצורך בחומר אפל
יש שתי בעיות יסודיות בקוסמולוגיה, שהדרך הטובה הידועה להסביר אותן היא ההנחה שעל קיומו של חומר אפל.
[עריכה] בעיית המסה החסרה
- ערך מורחב – בעיית המסה החסרה
קיומו של החומר האפל, גם אם אין לו הוכחה ישירה, הוא הפתרון המקובל לבעיית המסה החסרה. כאשר מסכמים את מסתם של כל הגופים המאירים בגלקסיה - כוכבים, ענני גז ואבק בין כוכבי - המסה המתקבלת קטנה מדי. מניתוח מהירותם של הכוכבים הנעים בשולי הגלקסיה נראה שמסתה של גלקסיה ממוצעת גדולה מן המסה הנראית שלה פי עשרה או יותר.
על-פי הסבר החומר האפל, שרויה כל גלקסיה במרכזה של 'הילה' של חומר שאינו מאיר, המשתרעת הרחק מעבר לאזור הנראה של הגלקסיה. מסה נוספת זו יכולה להסביר את תנועתם של הכוכבים בגלקסיות וגם את תנוען של גלקסיות בתוך צבירים.
התאוריה המחייבת את קיומו של החומר האפל מבוססת על תצפיות בגלקסיות ספירליות, שבהן הכוכבים נעים במעגלים סביב מרכז המסה. כאשר נערכו תצפיות דומות בגלקסיות אליפטיות, היה נראה שהחומר האפל אינו נחוץ שם, וניתן להסביר את התנועה בתוך הגלקסיה בהסתמך על החומר הנראה בלבד. אין זה סביר שכמות החומר האפל תלויה במידה רבה בסוג הגלקסיה, ולכן התבקש הסבר אחר להבדל בין הטיפוסים השונים. הסבר כזה פורסם לאחרונה (2005) ב- Nature על-ידי פרופ' אבישי דקל מן האוניברסיטה העברית: בגלקסיות אליפטיות קיימת תנועה מן המרכז והחוצה, שאינה מתגלה בקלות על-ידי אפקט דופלר (המשמש להערכת המהירות והכיוון של גופים רחוקים). על-פי גישה זו, מהירותם של הכוכבים בגלקסיות אליפטיות גבוהה מזו שנדמית לנו, ולכן גם בהן מתחייב קיומו של חומר אפל.
[עריכה] הווצרות המבנים
על-פי תאורית המפץ הגדול, ראשיתו של היקום היא בהתפשטות של נקודה לוהטת, שהחלה לפני כ- 13.7 מליארד שנים. אם כך, היקום היה בעל מבנה אחיד, ותבניות החומר שאנו רואים - כוכבים, גלקסיות, צבירים ועל-צבירים - נוצרו במשך הזמן, בהשפעתו של כח הכבידה. אלא שכאשר מחשבים כמה זמן נדרש כדי שהיקום יגיע לריכוז הנוכחי של תבניות החומר, נראה ש- 13.7 מילארדי שנה אינם מספיקים.
קיומו של חומר אפל מסייע רבות בפתרון בעיה זו. החומר האפל משתתף באינטרקציות כבידתיות, אבל אינו מושפע מאינטרקציות גרעיניות אחרות, ובפרט אינו קורן. בהעדר השפעתם המעכבת של הכוחות האחרים, חומר אפל ממהר להתרכז במבנים דחוסים, מהר יותר מן החומר הנראה. ביקום שרובו חומר אפל, המבנים שאנו רואים אכן יכולים להווצר בקצב המתחייב מגילו הצעיר של היקום.
[עריכה] תצפיות עדכניות
כדי לפענח את מסתרי החומר האפל, השתמשה קבוצת חוקרים בטלסקופ החלל האבל, לצורך בניית "מפת מסה" המגדירה במדויק את חלוקת המסה בצביר הגלקסיות CL0024+1654. לצורך הכנת המפה, נעזרו החוקרים ב-120 שעות צילום של טלסקופ האבל. זהו משך התצפית הארוך ביותר שהושקע עד היום לצילום צביר גלקסיות. למרות מרחקו של הצביר מכדור הארץ (למעלה מ-4.5 מיליארד שנות אור), גודלו העצום אפשר לחוקרים לחקור אותו לעומקו ולבסוף – למפותו בצורה כמעט מושלמת ומדויקת.
כעת, עם השלמת המפה, בפעם הראשונה יכולים החוקרים לצפות בפיזורו של החומר האפל בצביר, וללמוד את השפעתו על החומר הנראה. החוקרים מקווים, כי פענוח המפה והמסקנות שיילמדו מניתוחה, יסייעו למדע להבין את טיבו של החומר האפל ואת תפקידו בצבירי גלקסיות – ואת תפקידו בהיווצרות היקום וגרמי השמיים.
[עריכה] טבעו של החומר האפל
בעבר הועלתה ההשערה כי החומר האפל מורכב מ'עצמי הילה מסיביים קטנים', ובאנגלית Massive Compact Halo Objects, או MACHOs. גודלם של עצמים אלה הוא בין זה של כוכב הלכת צדק לבין מסת שמש אחת, והם מצויים כמשוער בהילה האפלה של כל גלקסיה. לא ניתן לצפות בהם באמצעים רגילים, משום שהם קטנים ביותר ואינם קורנים. היום ברור שעצמים כאלו, במידה שהם קיימים, אינם מהווים חלק משמעותי מן החומר האפל. הסיבה לכך היא שעצמים מסיביים אמורים לעוות את אורם של כוכבים העובר בסמוך אליהם, בתופעה הקרויה עידוש כבידתי. עיוות כזה לא אותר, למרות תצפיות ממושכות.
לפי התאוריה הנוכחית, החומר האפל מורכב ברובו מחלקיקים אלמנטריים כגון אקסיונים, Strongly Interactive Massive Particles או Weakly Interactive Massive Particles, שאינם שייכים למודל הסטנדרטי של הפיזיקה החלקיקית (וממילא לא נצפו מעולם). חלקיקים מן הקבוצה האחרונה, WIMPs, אינם משתתפים באף אינטרקציה מלבד הכבידה, והם מופיעים בתאוריות של סופר סימטריה.
בטבלה הבאה מסוכמת צפיפות היקום ביחס למרכיבים העיקריים שבו. טבלה זו מבוססת על מדידות והערכות שנעשו בשנים 2003-2005 ומעריכים שהשגיאה בה אינה עולה על
בכל נתון. הצפיפויות מבוטאות ביחידות של צפיפות קריטית.
| סוג | תיאור | צפיפות |
| חומר באריוני קורן | כוכבים ועצמים בהירים | 0.01 |
| חומר באריוני אפל | חומרים בעלי קרינה חלשה כגון גז קר, ננסים לבנים וכוכבי לכת, נקראים גם Dim Matter ("חומר עמום") | 0.04 |
| חומר אפל "אקזוטי" | חומר שלא מבצע אינטראקציות אלקטרומגנטיות אלא רק כבידתיות - זהו החומר האפל, נושא הערך | 0.25 |
| אנרגיה אפלה | זהו למעשה שם אחר לקבוע הקוסמולוגי של איינשטיין, מדובר באנרגיה דוחה הגורמת להאצת התפשטות היקום והיא גדלה ככל שנפח היקום גדל | 0.70 |
[עריכה] ראו גם
[עריכה] קישורים חיצוניים
- יש כנראה חומר אפל. צריך רק לדעת לשקול אותו - באתר "הארץ" (פורסם ב-2005)
- למרות הכל: ניוטון צדק! - "סקר השמיים הגדול" של האסטרונומיה מגלה: גלקסיות רבות טבולות בהילות של מאסה אפלה, באתר "הידען" (עדיף לפתוח בחלון נפרד) - מאת נח ברוש (פורסם במקור ב"מעריב" ב-2003)
- ההיסטוריה של החומר האפל וגלקסיות ספיראליות - באתר Isracast
(באנגלית)
- חומר אפל ואנרגיה אפילה, אתר נאסא

