תיאוריות של חומר אפל אקזוטי. אם אתה חובב כל הדברים הנוראיים ביקום, המאמר הזה הוא בשבילך.
מרבית התכנים של היקום שלנו הם בצורה שאינה ידועה לחלוטין לפיזיקה. זו רק עובדה גולמית שכולנו נצטרך להתרגל אליה. אם אתה מתפתה לחשוב שזה רק סוג כזהקוסמולוגית בעיה, סוגיה שמתעוררת רק בסולם הגדול ביותר, אז יש לי חדשות רעות בשבילך. אחד המרכיבים המסתוריים הללו לקוסמוס הוא - ככל שיכולנו לדעת - סוג של חומר.
אבל לא סתם סוג של חומר, אחרת כבר היינו רואים את זה. לא, אנחנו חושבים שזה סוג שלאפל משנה; עניין שפשוט לא מתקשר עם האור. ללא פליטה. אין קליטה. אין פיזור. שום דבר. והעובדה שקיים חומר אפל לא צריכה להיותזה מפתיע, האם צריך? אחרי הכל, מי הכתיב שהכל ביקוםצריך אינטראקציה עם אור?
איש לא עשה זאת, וכאן הנה. אם מסתכלים על גלקסיה אקראית, החומר שנדלק - כוכבים, ערפיליות וכו '- מייצגים רק חלק קטן מכמות המסה הכוללת בגלקסיה ההיא. היחס המדויק בין חומר "רגיל" לחומר האפל תלוי בהרבה גורמים, כמו היסטוריית הגלקסיה. אך באופן כללי, ככל שהגלקסיה קטנה יותר, היא נשלטת על ידי חומר אפל.
הגלקסיות הקטנות ביותר, המכונות גלקסיות ננסיות, יכלו לספק מעבדה שימושית ללימוד חומר אפל. בגלקסיות אלה החומר האפל חופשי לעשות את מה שהחומר האפל עושה בלי שאף אחד מאותם חומר מעורפל ומעורפל כדי לסבך באמת את הדברים. אם חומר אפל עושה משהו מוזר (ובכן, זר יותר מאשר פשוט קיים), כמו אינטראקציה עם עצמו באמצעות הכוח הגרעיני החלש, או מורכב מכמה סוגים של חלקיקים אקזוטיים, אז כל השפעה תגרום לעצמם להתבטא יותר בגלקסיה ננסית מאשר משהו כמו שביל החלב.
כל זה נהדר ויפה, פרט לאזהרה הקטנה שלמרות שכל הפיזיקה המעניינת הזו מתרחשת מתחת למכסה המנוע, קשה לנו לראות את זה. כי זה חשוך.
דבר אחד מבין הדברים הרבים שאיננו מבינים בנושא חומר אפל הוא כיצד הוא מתנהג בליבות הגלקסיות. הדמיות פשוטות של אבולוציה של הגלקסיה מנבאות משהו שנקרא "כוס" - אגוז קשה של צפיפות גבוהה להפליא היושב במרכז שמנת אחרת של הגלקסיה. אבל תצפיות אינן חושפות זאת: צריך להיות הרבה כוכבים בעקבות ההשפעה הכבדית של כל אותו חומר אפל. ובטח שיש הרבה כוכבים במרכז הגלקסיה, אך לאזה רב.
משהו צריך להחליק את החומר האפל המרכזי. זה יכול להיות אינטראקציות אקזוטיות בחומר האפל עצמו. זה יכול להיות סיבות ארציות יותר כמו רוחות סופרנובות המפוצצות את הגז. זה יכול להיות גם וגם.
אסטרונומים מתעניינים מאוד בליבות הגלקסיות ובעיקר בגלקסיות ננסיות, מכיוון שזה שם שהם יכולים ללמוד הרבה על חומר אפל. ולמרות הפיזיקה הסבוכה והמבולגן שלהם, אנו עדיין זקוקים לכוכבים וגז בכדי לצפות, לחקור וללמוד את גלקסיות הגמדים, בתקווה שנוכל להתחקות אחר התנהגות החומר האפל שעומד בבסיס. אבל גלקסיות ננסיות רחוקות, עמומות וקטנות - והליבות שלהן ביתר שאת.
איך אפשר להציץ בתוכם?
למרבה המזל לגלקסיות יש יותר מאזרחים מהממים. יש להם גם חורים שחורים. ענקי ענק ענקיים בליבותיהם ומיליוני קטנים יותר צפים בתוכם. והעובדה שחורים שחורים ענקיים נוטים להתאסף בליבות הגלקסיות המארחות שלהם עשויה להיות מועילה. אז אולי - עבדו איתי כאן - אם היינו יכולים איכשהו ללמוד את התנהגות החורים השחורים בתוך גלקסיות גמדיות, אנו עשויים לקבל כמה רמזים לאופי החומר האפל.
אבל חורים שחורים הם גם שחורים וקשה לראות. וקטן. ורחוק. למרבה המזל, איננו צריכים לראות חורים שחורים - אנו יכולים לשמוע אותם.
כאשר חורים שחורים מתנגשים הם רעידים ומעוותים את מרקם החלל עד כדי כך שהם גורמים לגלים, כמו אדוות שמתפשטות מאבן כבדה שנפלה למים. גלי הכובד הללו מתפשטים בחלל במהירות האור, מתמתחים מעט עד כדי כך וסוחטים כל חומר מתערב בזמן שהם שוטפים לידם. למעשה, גופך, כשאתה קורא את זה, מושך ונלחץ כמו חתיכת מרק מכמות אין ספור גלי הכבידה העוברים בכדור הארץ.
קשה לאבחן את גלי הכובד האלה, וזו הסיבה שהאנשים הראשונים שמדדו אותם זכו בפרסי נובל על המאמץ שלהם לאורך עשרות שנים להשתמש בקורות אור מפריעות בכדי לתפוס את האות הדק.
אבל שלושת מצפי הגל הכבידיים שלנו על פני כדור הארץ לא יכולים לעזור לנו בבעיית החומר האפל של החור השחור-בתוך-הגמד-גלקסיה לחקר-המחקר. החורים השחורים האלה - המכוניםחורים שחורים במסת ביניים - הם קטנים מכדי ליצור אות איתור כאן בדרך שביל החלב כאשר הם מתמזגים.
אבל מצפה גל כבידה בחלל יכול היה. המשימה המוצעת של LISA (שמייצגת, כפי שאפשר לנחש, אנטנת חלל אינטרפרומטר לייזר) עשויה להיות בעלת הרגישות הנכונה לראות את האות של מיזוג חורים שחורים בגודל בינוני, ממש כמו אלה שנמצאים בלב גלקסיות גמדיות.
ועל פי מאמר חדש שהתקבל לאחרונה על ידי מכתבי העת האסטרופיסיים בראשות תומס טומפל מאוניברסיטת ציריך, דגמים שונים של חומר אפל (והאינטראקציות האפשריות שלו עם סוג החומר האוהב האור הרגיל) יכולים להשפיע על התדירות ועל כמה מהר החורים השחורים בגלקסיות הגמדיות מתמזגים, וזה דבר ש- LISA יכולה להבחין זה מזה.
זהו מסלול כיכר להבנת החומר האפל, אך בבעיה מעורפלת כמו זו, הוא מבטיח.
קרא עוד: "גיבוש של בינריות חור שחור של LISA במיזוג גלקסיות גמד: חותם של חומר אפל"
