ממה עשוי חומר אפל? זו אחת השאלות המביכות ביותר של האסטרונומיה המודרנית. אנו יודעים שחומר אפל נמצא שם, מכיוון שאנו יכולים לראות את השפעתו הכבדית הברורה על כל דבר, החל מגלקסיות ועד התפתחות היקום כולו, אך איננו יודעים מה הוא הוא. הניחוש הטוב ביותר שלנו הוא שמדובר בסוג של חלקיק חדש ומשונה שלא רוצה לדבר עם חומר רגיל לעתים קרובות מאוד (אחרת היינו רואים אותו עד עכשיו). אפשרות אחת היא שמדובר בסוג של חלקיק היפותטי אקזוטי הידוע כציר, וצוות אסטרונומים משתמש בלא אחר מאשר חורים שחורים כדי לנסות ולהציץ למבקר הקוסמי החדש והמוזר הזה.
סדר היום של אקסיון
אני אהיה כנה איתך, אנחנו לא יודעים אם קיימים צירים. הם הומצאו כדי להסביר את ההתפרצות בפיזיקה באנרגיה גבוהה. יש סוג מסוים של סימטריה בטבע, שאם אתה לוקח איזשהו אינטראקציה אקראית הכוללת המון חלקיקים תת-אטומיים ומכבה את המטענים החשמליים של כולם עבור הסימן ההפוך, וגם מפעיל את התהליך במראה, אתה מקבל את אותה התוצאה בדיוק. זה מכונה סימטריה של מטען ו זוגיות, או סימטריה CP- בקיצור.
הסימטריה הזו קיימת בכל מקום בטבע, למעט כשהיא לא, כמו במקרה של הכוח הגרעיני החלש, שמסוגל להפר את הסימטריה הזו בכל פעם שמתחשק לה.
האיום הוא שלכל הזכויות על הכוח הגרעיני החזק להפר גם את זה. ישנם מונחים במתמטיקה שבאופן ברור מאוד שובר סימטריה של CP, ובכל זאת אנו לא רואים סימנים של סימטריה שנפרצת עם הכוח הגרעיני החזק באף אחד מהניסויים שלנו. אז בטח קורה משהו כדי לשחזר את הסימטריה הזו כשהיא צריכה להישבר.
התשובה - או לפחות תשובה פוטנציאלית אחת - היא סוג חדש של חלקיק הנקרא הציר. הציר משחזר סוג מסוים של איזון בכוח (כן אני מודע להתייחסות למלחמת הכוכבים כאן) כך שסימטריה CP נשמרת וכל אחד יכול לעשות את חיי היומיום שלהם. כמובן שניסויים שנערכו עד כה לא חשפו ישירות את קיומו של הציר, ויש מגוון של מסות ותכונות אפשריות שיכולות להיות לציר.
בתוך אותו טווח של מסות ותכונות אפשריות של הציר, מתרחש משהו מדהים. אם אנו רוצים למלא את היקום בחומר אפל, לחומר האפל צריך להיות תכונות מסוימות. זה לא יכול לקיים אינטראקציה עם חומר רגיל לעתים קרובות מאוד ואפילו לא יכול לקיים אינטראקציה עם עצמו לעתים קרובות מאוד. כמו כן, צריך להיות הרבה מזה, וזה צריך להיות יציב מאוד וממושך. מסתבר שחלק ממגוון תכונות הצירוף האפשריות מאפשרות לחלקיק ההיפותטי להיות מועמד לחומר האפל.
הצירים האפלים
אם אנו נותנים לציר להיות החומר האפל, זה בדרך כלל יכול להסביר את כל התצפיות הרגילות של החומר האפל. זה יכול להסביר את עקומות הסיבוב בתוך הגלקסיות. זה יכול להסביר את תנועות הגלקסיות בתוך אשכולות הגלקסיה. ניתן לייצר אותו בשפע מספיק ביקום המוקדם כדי להתאים לתצפיות על רקע המיקרוגל הקוסמי. וכן הלאה.
יתר על כן, צירים בגרעין הגלקסיות יכולים להתלכד מספיק חזק בכדי ליצור כדור מסיבי אחד שיכול בהתחלה להסמיק דומה לחור שחור סופר-מסיבי. זה יהיה קטן, זה לא יעבור אינטראקציה עם אור וזה יהיה מסיבי להפליא. בעוד שהתצפיות האחרונות מטלסקופ Event Horizon הראו לנו תמונה מילולית של חור שחור ענק בגלקסיה אחרת, זה לא אומר בהכרח לשלול כי ליבות הציר הבסיסיות הללו עדיין אורבות במעמקי הגלקסיות ברחבי היקום. וזה עם ליבות הציר האפשריות האלה שאנחנו עשויים להיות מסוגלים להשיג את המאפיינים שלהם.
חורים שחורים הם המפתח
מלבד טלסקופ אופק האירועים, אין לנו תצפיות ישירות על חורים שחורים סופר-מסיביים. אנו יכולים לראות רק את החומר המסתחרר ומתרפק סביבם. ומתכונותיו של החומר הזה אנו יכולים להעריך את הגודל והמסה של החורים השחורים. בעזרת טכניקות אלה, במהלך העשורים חשפנו קשר מוזר מאוד: גלקסיות מסיביות יותר מארחות חורים שחורים גדולים יותר במרכזם. קשר זה למעשה הדוק יחסית והוא אומר לנו כי חורים שחורים התפתחו איכשהו יחד עם הגלקסיות המארחות שלהם.
אבל כמו שאמרתי, איננו יכולים לצפות ישירות בחורים השחורים. אז יתכן שהם בכלל לא חורים שחורים. יתכן וזו ליבות ציר המסתתרות במרכז גלקסיות אלה. אם זה המקרה, זה לא שחורים שחורים התפתחו יחד עם גלקסיות המארח שלהם, אבל ליבות הציר ההן התפתחו יחד עם הגלקסיות המארחות שלהם. ככל שהגלקסיה גדולה יותר, כך היא יכולה להכיל חומר אפל צירי יותר, וליבת הציריון גדולה יותר במרכז.
פירוש הדבר שאנו יכולים להשתמש בקשר שבין האובייקט הכהה המרכזי (בין אם זה החור השחור או ליבת הציר) לבין הגלקסיה עצמה כדי להגביל את תכונות הצירים. זה עובד מכיוון שאם אתה מתחיל לשחק במסת חלקיקי הציר אז זה משפיע על כמה קל אתה יכול להתגבש כדי ליצור גרעין, שישנה את הקשר לגלקסיה המארחת.
צוות אסטרונומים העסיק לאחרונה את הקשר בין חורים שחורים לגלקסיות כדי לעשות זאת בדיוק, והצליחו להציב כמה גבולות עליונים על מסת חלקיקי הציר, שיסייעו בהנחיית ניסויים עתידיים ובחיפושים ישירים. האם הציריון אחראי לחומר האפל ביקום? אני מקווה שיום אחד נוכל לשפוך מעט אור על המצב.
קרא עוד: "ליבת ציר - מסה הילה ויחס המסה השחור – הילה: אילוצים על כמה מאזני פרסק"
