ממה עשוי היקום? אל תדאג אם אין לך מושג, אסטרונומים גם לא. ג'יימס ג'יי מאוניברסיטת ג'ונס הופקינס השתמש בטלסקופ החלל האבל כדי ליצור מפה מפורטת של ריכוזי חומר אפל סביב שתי גלקסיות. והאסטרונומים פשוט קיבלו כמה רמזים חדשים.
האזינו לראיון: מפות החומר האפל (5 מגה-בתים)
או הירשם לפודקאסט: עשה מנוי
פרייזר קיין: שמענו לא מעט את המונח עניין אפל. האם אתה יכול לתת לנו את ההבנה הנוכחית של מהו חומר אפל?
ד"ר ג'יימס ג'יי: לפני שאני מדבר על חומר אפל, אני צריך להזכיר את מה שהאסטרונומים מאמינים כעת איך היקום נכנס למה שהוא היום. אנו מאמינים ש -30% מהיקום הם חומר, והשבעים% אחרים הם אנרגיה אפלה, וחומר אפל מהווה יותר מ- 90% מהחומר ביקום. איש לא גילה חומר אפל במעבדות, כך שהם לא יודעים את הצורה, הצבע או הריח של זה, אבל יש הוכחות לכך שהוא נמצא שם. אנו יכולים לזהות זאת בעזרת עדשת הכבידה.
פרייזר: כך ביצעת לאחרונה סקר באמצעות טלסקופ החלל האבל למיפוי ריכוז החומר האפל. מה היה התהליך לעשות זאת?
ד"ר ג'יי: חומר אפל מורכב, כאמור, 90% מהחומר ביקום. המקום הטוב ביותר לחפש חומר אפל הוא המקום בו הוא שופע הכי הרבה. אז כיווננו את טלסקופ החלל האבל לשניים מאשכולות הגלקסיה המעניינים ביותר שנוצרו כאשר היקום היה חצי מגילו הנוכחי.
פרייזר: ומה ראית?
ד"ר ג'יי: בדקנו את ההתפלגות הספקטרלית של גלקסיות הרקע. על ידי בחינת העיוות של גלקסיות הרקע הללו, הצלחנו לקבוע את צפיפות החומר האפל בקדמת הבמה.
פרייזר: תן לי לראות אם אני מבין זאת נכון. הסתכלת על גלקסיות מרוחקות, ועל ידי ראיית האופן בו האור משתנה כשהוא הגיע אלינו, הצלחת לגלות היכן יש גושי חומר נסתרים שהשפיעו עליו בכבידה.
ד"ר ג'יי: בדיוק. אולי זו אנלוגיה טובה. נניח שאתה קורא מאמר חדשות באמצעות זכוכית מגדלת, אתה יכול להסיק את העוצמה או את עובי העדשות על ידי בחינת כמה האותיות נראות גדולות יותר בזכוכית המגדלת. באופן דומה, אם מסתכלים על העיוות או הגדלה של גלקסיות הרקע, תוכלו לקבוע את צפיפות החומר הכהה החמקמק בקדמת הבמה.
פרייזר: אז מה הקשר בין חומר אפל לגלקסיות שאנחנו יכולים לראות?
ד"ר ג'יי: זה העניין הדומיננטי ביקום ויש לו כוח משיכה. ללא חומר אפל, קשה מאוד ליצור גלקסיות עם מבנים בקנה מידה גדול שאנו רואים ביקום של ימינו. אז בהחלט, חומר אפל מסייע להיווצרות גלקסיות במבנה בקנה מידה גדול.
פרייזר: האם יתכן אם כן איפה שהחומר האפל מתרסק, זה המקום בו אנו עשויים לראות גלקסיות?
ד"ר ג'יי: כן, זה בעצם מה שמצאנו במחקר שלנו. אנשים השערו כי חומר אפל הוא חלקיקים חסרי התנגשות והחומר האפל והחומר הרגיל צריכים להתקיים יחד. אך איש לא הצליח לקבוע זאת בבהירות רבה מכיוון שהחומר האפל אינו פולט גלים אלקטרומגנטיים. מה שמצאנו באמצעות האבל הוא שהגלקסיות הזוהרות נוצרות באזורים הצפופים של הילות החומר האפל ההוא.
פרייזר: אם אנו יודעים כי סוג כזה של גיבוש מתרחש - נראה כי השניים הולכים יד ביד - האם זה מאפשר לך לזרוק תיאוריות קיימות על מה יכול להיות שהחומר האפל הזה יכול להיות?
ד"ר ג'יי: כן, זה נותן לנו הרבה רמזים. רוב האנשים מאמינים שחומר אפל הוא ללא התנגשות, אך יש המציעים שהם עשויים להיות בעלי תכונות התנגשות כמו גז מימן. האופן בו החומר האפל מתגבש יחד נותן לנו רמזים לגבי החומר האפל. נניח שלחומר האפל יש תכונות התנגשות, כמו אטום המימן, אז הם מתנגשים זה בזה בתדירות גבוהה ונראה חלוקה חלקה מאוד של הילה של חומר אפל. אבל מצאנו שהמבנים האלה הם מאוד מגושמים, כמו המסה של הגלקסיה עצמה. זה מצביע על כך שחלקיקי חומר אפל, אם בכלל, יהיו חלקיקים חסרי התנגשות כפי שרוב התיאוריות אומרות באסטרונומיה של ימינו.
פרייזר: אה, אני מבין, כך שהחלקיקים בפועל שיכולים לגרום לחומר האפל הזה הם כל כך קטנים, או כל כך קשורים ביניהם בצורה חלשה עד שהם אפילו לא מתלכדים יחד. ואם הם יחזרו יחד, הייתם רואים תרסיס להפצה אחיד יותר. אז בהתבסס על הממצאים שקיבלת, מה יהיה השלב הבא במחקר שלך?
ד"ר ג'יי: התוכנית Advanced Camera for Surveys כוללת יותר מ- 15 אשכולות גלקסיות שמאוד מעניינים. אלה רק שתי התוצאות הראשונות. אנו מאמינים שאם נשלים את 15 אשכולות הגלקסיה שלנו עבור הסקר, תהיה לנו תמונה ברורה יותר של האופן שבו החומר האפל והחומר הרגיל מתקשרים, אולי על ידי כוח הכבידה ביחד. יתכן ויהיה לנו מושג ברור יותר כיצד החומר האפל תורם ליצירת המבנה הגדול בקנה מידה של היקום.
פרייזר: ובהתבסס על המחקר שעשית עד כה, האם יש לך תיאוריית חיות מחמד לגבי מה יכול להיות החומר האפל?
ד"ר ג'יי: ובכן, אם אתה הולך לאתר Astro-ph, זה האתר שאנשים מעלים את מאמרי המחקר השונים שלהם, ויש כמו 10 או 15 מאמרים ביום. ויש הרבה ספקולציות בנושא שמאוד מושכות וסבירות. אבל אני מניח שאופי החומר האפל עשוי להיענות בעוד 10 או 15 שנים מהיום, אבל אנחנו עדיין מחפשים. המחקר שלנו נותן רזולוציה חסרת תקדים של חומר אפל יכולה להבדיל בין חלקיקים התנגשותיים וחסרי התנגשות.
פרייזר: והאם יש מכשירים אחרים מלבד האבל שיכולים לעשות את העבודה הזו?
ד"ר ג'יי: אנו יכולים לבצע את עדשת הכבידה באמצעות הטלסקופים מבוססי האדמה. למעשה בשנת 1990 אנשים זיהו לראשונה את החומר האפל באמצעות עדשות כבידה. אבל כשאתה עושה את עדשת הכבידה באמצעות טלסקופ מבוסס קרקע, הרזולוציה כל כך גרועה. במילים אחרות, הסערה האטמוספרית תמרח את עדשת הכבידה כך שלא נוכל לראות תמונה איכותית מאוד של החומר האפל. אבל אם אנו משתמשים בטלסקופ בחלל, אז הוא לא מטשטש את צורת תמונת הרקע כך שתשמרו על אות העדשת הכבידה. אנו יכולים למצוא תמונה ברזולוציה גבוהה מאוד של חלוקת חומר אפל.
פרייזר: וכלי גדול יותר ייתן לך תמונה טובה יותר.
ד"ר ג'יי: בהחלט. הטלסקופ הבא הוא JWST (טלסקופ החלל ג'יימס ווב) יגדיל ביעילות את הרזולוציה של משמעות החומר האפל על ידי גורם של 10 ומעלה.
פרייזר. האם אתה חושב שתראה משהו שונה משמעותית עם הרזולוציה של 10x?
ד"ר ג'י: הצורה הגלובלית של חלוקת החומר האפל לא תשתנה מאוד, אך במקרה כזה אנו יכולים להשוות את מבנה החומר האפל ביחס לגלקסיות. במקרה כזה, ייתכן שנוכל לענות אם לחלקיקי החומר האפל יש כמה תכונות התנגשות. בהתחלה אמרתי שמה שמצאתי עולה בקנה אחד עם ההשערה חסרת התנגשות. אבל היו כמה הצעות שחלקיקי חומר כהה עשויים להיות בעלי תכונות התנגשות קטנות מאוד. כך שנוכל לקבוע את הקיזוז בין חומר אפל לחומר גלקסי. זה נותן לך הרבה אילוצים אפשריים על חתכי ההתנגשות בין חלקיקים של חומר רגיל לחשוך.
מחקר זה דווח במגזין החלל ב- 13 בדצמבר 2005.
