חומר אפל - המפתח לתורת הכבידה?

החלל שהושק לאחרונהטלסקופ ג'יימס ווב נחשב בצדק לאירוע המדעי העיקרי של השנה. על ידי התבוננות ביקום באינפרא אדום, ווב רואה חלקים מהקוסמוס שבעבר לא היו נראים לנו. אגב, מצפה החלל החזק ביותר הוא לא הנס הטכנולוגי היחיד. אז, גלאי החומר האפל הרגיש ביותר LUX-ZEPLIN (LZ) הושק לאחרונה, בעזרתו מקווים החוקרים ללכוד חלקיקים היפותטיים של חומר מסתורי. מאמינים שחומר אפל משפיע על כוח המשיכה של כל העצמים השמימיים שאנו רואים וככל הנראה מהווה 85% מהיקום. נזכיר שהחיפוש אחר חלקיקי חומר אפל נמשך כבר 30 שנה לפחות (אך, אבוי, ללא הצלחה). מסיבה זו, כמה פיזיקאים מציעים שזה לא קיים בכלל. אבל אם זה נכון, אז הפיזיקאים יצטרכו לחשוב מחדש על תורת הכבידה.

חומר אפל - באסטרונומיה ובקוסמולוגיה, כמו גם בפיזיקה תיאורטית, צורה של חומר שאינו משתתף באינטראקציה אלקטרומגנטית ולכן אינו ניתן לצפייה

התוכן

• 1 חלל גלוי ובלתי נראה
• 2 האם קיימים חלקיקי חומר אפל?
• 3 כיצד נראה הגלאי האחרון לחומר אפל?
• 4 עדויות והעדרן

מרחב גלוי ובלתי נראה

אבותינו הרחוקים הוקסמו מהחלל וניחן בתכונות אלוהיות את האובייקטים השמימיים הנצפים. לדוגמה, במצרים העתיקה, אל השמש (Ra) שלט באלים אחרים, ותופס מקום חשוב בדת המצרים. אל השמש זכה לכבוד גם ביוון העתיקה (הליוס), רומא העתיקה (אפולו), קרתגו (מולוך), פרס (מיתרה), ויפן (אמאטרסו).

בדרך כלל, מיתולוגיזציה של השמש והשפעתו על החיים הארציים היוהתרחשות שכיחה. מאמינים שכתות שמש הופיעו כתוצאה מהצורך האנושי באור הכוכב, אשר הוקל גם על ידי חשיבה מאגית. יתר על כן, כמעט כל חסידי כתות השמש הקריבו קורבנות ועבדו לאלוהויות שלהם.

חשיבה קסומה היא האמונה ביכולת לקבוע את מהלך האירועים באמצעות מחשבות, מילים וטקסים. אתה יכול לקרוא עוד על למה אנחנו מאמינים בעל-טבעי וכיצד ללמוד לחשוב בצורה ביקורתית כאן.

היום אנו יודעים שהשמש אינה אלוהות, אלא הכוכב הרגיל ביותר, שלא ניתן לספור במרחבי היקום.

למרבה המזל, היום אנחנו יודעים על היקוםיותר לאין ערוך, ובעתיד הקרוב מאוד יתפרסמו פרטים חדשים על לידתה. אבל לא משנה כמה חזקה הטכנולוגיה, מדענים לא הצליחו ללכוד חומר אפל. וזה מוזר, שכן המודל הקוסמולוגי הנוכחי בנוי על קיומו כביכול.

האם קיימים חלקיקי חומר אפל?

מאמינים שחומר אפל אינו נכנס פנימהאינטראקציה אלקטרומגנטית ומסיבה זו אינה ניתנת לצפייה. קיומו הוצע לראשונה על ידי לורד קלווין לפני למעלה ממאה שנה כהסבר למהירות הכוכבים בגלקסיה שלנו. עשרות שנים מאוחר יותר, האסטרונום השבדי קנוט לונדמרק ציין שהיקום חייב להכיל הרבה יותר חומר ממה שאנחנו יכולים לראות.

מאז שנות ה-60 וה-70, מדענים ניסוגלה מהו בדיוק החומר המסתורי הזה והאם הוא יכול להיות מורכב מחלקיקים לא ידועים. נכון, התיאוריה עצמה לא נותנת רמזים ותחזיות לגבי מה צריך להיות החלקיקים האלה (ומה צריך לחפש באופן כללי). מסיבה זו, החוקרים מחפשים עקבות שלו במעבדות ובניסויים שנערכים גם מתחת לאדמה וגם באזורי קוטב ובחלל.

למרבה הצער, גלאי החומר האפל XENON1T לא מצא דבר לאחר שנה של עבודתו.

בשנת 2020, חוקרים השיקו מבצע קיצוניגלאי חומר אפל רגיש XENON1T, אשר רשם מספר גדול באופן חריג של אירועים. המשמעות היא שגם חלקיקים אלמנטריים חדשים וגם ניטרינו מסתוריים הם חלקיקים בסיסיים המשתתפים רק באינטראקציות חלשות וכבידה. על אילו סוגי ניטרינו קיימים ולמה כל כך קשה למצוא אותם, דיברנו קודם לכן, אל תחמיצו את זה.

עובדה מעניינת
מדענים מבינים את היקום הנצפה במונחים שליקום מודל שבו החומר הרגיל מהווה רק 5% מכלל האנרגיה שבו. כ-20% מורכבים מחלקיקי חומר אפל אקזוטיים, וכ-75% מורכבים מאנרגיה אפלה אקזוטית עוד יותר.

כיצד נראה הגלאי האחרון לחומר אפל?

אז אם החומר האפל באמת מורכב מחלקיקים יסודיים, האם ניתן לזהות אותם? בחיפוש אחר תשובה לשאלה זו, פעלו פיזיקאים ליצור גלאי החומר האפל הרגיש ביותר LUX-ZEPLI, שנועד לתפוס את מה שנקרא WIMPs - חלקיקים של החומר המסתורי הזה.

WIMPs מגיעים מהקיצור האנגלי WIMP (Weakly Interacting Massive Particle) והם "חלקיקים מסיביים בעלי אינטראקציה חלשה", מסבירים המדענים.

גלאי החומר האפל האחרון של LUX הוא קסנון תת-קרקעי גדול בקיצור, ניסוי לחיפוש חומר אפל.

להוכיח או להפריך את הקיוםWIMPs, הגלאי חייב לזהות את התנגשותם באטומים של קסנון נוזלי - גז אצילי כבד ללא צבע, טעם או ריח. מאמינים שהתנגשויות כאלה הן נדירות, ולכן למסת הקסנון המונאטומי יש חשיבות קריטית. שימו לב שהרגישות של גלאי LUX-ZEPLIN גבוהה יותר מפי 50 מזו של קודמיו.

עוד בנושא: האם חומר אפל יכול להיווצר מחומר רגיל?

הגלאי עצמו ממוקם בעומק של 1600 מטרמתחת לאדמה ואמור לתפוס חלקיקים היפותטיים של חומר אפל. עוד מציינים החוקרים כי עד להשלמת הניסוי, ההסתברות לגילוי חלקיקים של חומר מסתורי תהיה פחות מ-50%.

המיקום התת קרקעי של הגלאי עוזרכדי להגן עליו מפני פרוטונים עתירי אנרגיה וגרעיני אטום הנעים בחלל כמעט במהירות האור ומגיעים מהשמש ומאזורים אחרים של מערכת השמש, מסבירים המומחים.

החומר האפל הוא אחת התעלומות הגדולות ביקום.

למעשה, הדרך היחידה להסיק מסקנות לגביהחומר האפל אמור לגלות את השפעתו הגרביטציונית, שמחזיקה את רוב הגלקסיות יחד, ומונעת מהכוכבים המרכיבים את התפזרות לכיוונים שונים. נכון להיום, רק דבר אחד ידוע בוודאות - החומר האפל אינו מורכב מפרוטונים ונייטרונים.

האם חומר אפל יכול להיות אורב בממד נוסף? את התשובה תמצאו במאמר זה כאן, אנו ממליצים לקרוא אותו!

עדויות והעדר שלהן

בינתיים, כמה מדענים עסוקים בחיפוש אחר הלא נודעמדע החלקיקים, עמיתיהם מסתכלים בכיוון ההפוך, מה שמציע שחומר אפל לא באמת קיים. אז, בשנת 2021, פורסם מאמר ב- Astrophysical Journal שבו פיזיקאים דיווחו על פערים קלים במהירות המסלול של כוכבים רחוקים שמפגינים השפעות כבידה לא ידועות.

התוצאות שהתקבלו מצביעות על כך זה הכל על חוסר הבנה של כוח המשיכה: במקום תלוי רק במסהעצם, כוח המשיכה עשוי להיות תלוי בכוח המשיכה ובעצמים מסיביים אחרים. אינטראקציה זו פירושה שכוח הכבידה בתאוצות קטנות חזק יותר ממה שניוטון ואיינשטיין חזו.

חומר אפל מתנהג אחרת מחומר רגיל שמדענים רגילים אליו. הוא אינו פולט, מחזיר או סופג אור.

מודלים המבוססים על הנחה זו נקראים דינמיקה ניוטונית שונה (דינמיקה ניוטונית שונה) או MOND. בעזרתו, החוקרים רוצים להבין בדיוק כיצד נעות גלקסיות בצבירים וכיצד קרני האור מכופפות.

ספקות לגבי קיומו של החושךהחומר בא לידי ביטוי במאמר מדעי אחר שפורסם במאי בכתב העת Nature. התברר שגלקסיות לא תמיד זקוקות לחומר אפל, בניגוד לדינמיקה הניוטונית המתוקנת, שמשתלבת היטב במודל אבולוציה קוסמולוגית של היקום.

עם זאת, רוב החוקרים מאמינים בכך חומר אפל קיים ברוב הגלקסיות. השאלה העיקרית היא למה אנחנולא נראה בכל טווח של ספקטרום האור. מידע זה הוא שמדענים יצטרכו להוכיח או להפריך בעתיד הקרוב מאוד. בינתיים, החיפוש נמשך, אנו מציעים לדון בסודות החומר האפל בצ'אט הטלגרם שלנו ובתגובות למאמר זה, הצטרפו אלינו בקרוב!