אחת מהתובנות המרכזיות של הקוסמולוגיה, שהתגבשה על בסיס תצפיות אסטרונומיות רבות ומגוונות, היא שרוב רובו של החומר ביקום הוא ״חומר אפל״. חומר זה אינו פולט אור כלשהו ולכן אינו ניתן לצפייה ישירה בטלסקופים, אך הוא נמדד באמצעות המהירויות הגבוהות של הגופים המאירים, שנגרמות על ידי כוח הכבידה שהחומר האפל מפעיל עליהם. טיבם המדויק של חלקיקי החומר האפל אינו ידוע עדיין, ונעשה מחקר אינטנסיבי במעבדות ובמאיצי חלקיקים בתקווה לזהותם.
למרבה ההפתעה, התגלה לאחרונה שהחומר האפל נעדר מהאזורים הפנימיים של חלק מהגלקסיות, במיוחד אלה הגדולות מגלקסיית שביל החלב שלנו, ובעיקר ביקום המוקדם של לפני כעשרה מיליארד שנה. ״בעיית המסה החסרה״ הפכה להיות ״תעלומת החומר האפל החסר״. באמצעות הטלסקופ האירופי הגדול בצ׳ילה, ובעזרת טכניקות מתקדמות של אופטיקה אדפטיבית, מדדו אסטרונומים מהירויות סיבוב של גז מימן סביב גלקסיות מסיביות ביקום המוקדם, ונוכחו לדעת שבכשליש מהן חסר חומר אפל.
2 צפייה בגלריה
גלקסיות קטנות נעות במסלול לקראת התנגשות עם גלקסי גדולה. בדרכן הן ״מחממות״ את החומר האפל שסביב הגלקסיה באמצעות ״חיכוך דינאמי״ שהוא תופעה מוכרת של כוח הכבידה
(צילום: טלסקופ החלל האבל)
האם התגלית הזו אמורה לערער את הביטחון בקיומו של חומר אפל? או שמא היא מעידה על תכונות לא צפויות שלו? פרופ׳ אבישי דקל ועמיתיו ממכון רקח באוניברסיטה העברית, מספקים לראשונה הסבר לתעלומה, במאמר מדעי חדש, שהתפרסם בכתב העת של החברה המלכותית לאסטרונומיה, במסגרת המודל הקוסמולוגי הסטנדרטי של חומר אפל. ההסבר משלב שני תהליכים פיזיקליים מוכרים שמקשרים בין החומר האפל ובין החומר הרגיל המאיר באמצעות כוח הכבידה, תהליכים שגורמים לדחיקת החומר האפל אל מחוץ לגלקסיה המאירה.
התרחיש המוצע הוא דו-שלבי. בשלב הראשון, גלקסיות קטנות, שנעות מסביב ולעבר מרכז הגלקסיה הגדולה הנדונה, ״מחממות״ את החומר האפל שבה, כלומר מגבירות את מהירויות התנועה האקראיות של חלקיקי החומר האפל. הדבר מתרחש באמצעות תהליך מוכר של ״חיכוך דינאמי״, שמקורו בכוח הכבידה. מהירויות החלקיקים, שעתה מתקרבות ל"מהירות הבריחה״ מהגלקסיה, גורמות לחומר האפל להיות רגיש יותר לדחיקה מתוך האזורים הפנימיים אל מחוץ לגלקסיה.
בשלב השני, רוחות שנפלטות בעוצמה מסביבתו של החור השחור הענק שבמרכז הגלקסיה מעיפות גז (שרובו מימן) מהאזור המרכזי. בכך נחלש כוח המשיכה הפועל על החומר האפל לכוון המרכז, והוא מגיב על ידי התפשטות החוצה מהמרכז אל השוליים שמחוץ לגלקסיה. כך נוצר אזור מרכזי שאין בו חומר אפל, כפי שמראות התצפיות. הכוכבים נשארים באזור זה מפני שמלכתחילה היו בצפיפות גבוהה במרכז, קשורים חזק יותר למרכז הגלקסיה באמצעות הכבידה.
״התרחיש המוצע מסביר מדוע תופעת החומר האפל החסר מתרחשת בעיקר בגלקסיות מסיביות ובזמנים מוקדמים״, אומר פרופ׳ דקל, ״אנחנו יודעים ממחקרים קודמים שרק בגלקסיות מסיביות כאלה, ורק בעבר הרחוק כאשר היקום היה צפוף הרבה יותר, הגלקסיות הקטנות המתנגשות עם החומר האפל היו קומפקטיות מספיק למטרת חימום החומר האפל. כמו כן, רק בגלקסיות מסיביות כאלה, ובזמנים מוקדמים, החורים השחורים הענקיים שבמרכזיהן ספחו אליהם חומר בקצב מהיר מספיק, וייצרו מחלקו רוחות עוצמתיות לפני שהוא נבלע בחור השחור עצמו״.
פרופ׳ דקל מוסיף ומציין שיש עתה עדויות תצפיתיות מפתיעות חדשות לחוסר בחומר אפל גם בחלק קטן מהגלקסיות הננסיות. ״הדבר מאתגר אותנו להציע תרחיש דומה, עם השינויים הנדרשים, שיכול אולי להיות האחראי לדחיקת החומר האפל גם אל מחוץ לגלקסיות ננסיות״, הוא מסכם.
