• ראשי
  • הוכחה מוחשית ראשונה לקיומו של החומר האפל ביקום

    בעזרת גלי רדיו מתקופת היווצרותן של הגלקסיות הצליח פרופ' רנן ברקנא לשפוך אור על אחת התעלומות הגדולות באסטרונומיה

    קהילת האסטרונומיה בעולם גועשת בימים אלה בעקבות גילוי כפול, מפתיע במיוחד: ראשית, קליטה ראשונה של גלי רדיו מתקופה עלומה בתולדות היקום הקדום, בה החלה היווצרות הכוכבים והגלקסיות; ואולי חשוב מכך: תכונותיהם המפתיעות של גלי הרדיו שנקלטו שופכות אור על תעלומה גדולה נוספת – קיומו של החומר האפל.

     

    ההסבר כי ממצאיו המפתיעים של טלסקופ הרדיו מהווים עדות ממשית ראשונה לקיומו של חומר אפל ניתן על ידי פרופ' רנן ברקנא, ראש החוג לאסטרונומיה בבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב. המאמר התפרסם בכתב העת היוקרתי Nature בפברואר 2018.

     

    "חומר אפל הוא חומר שאיננו יכולים לצפות בו באופן ישיר, כמו שאנו צופים בעולם הפיזי הסובב אותנו, הכולל חלקיקים ואטומים, וגם כוכבים וגלקסיות," מסביר פרופ' ברקנא. "עד היום, העדות היחידה לקיומו של חומר אפל הייתה כוח הכבידה שהוא מפעיל, שמסביר מגוון תופעות ביקום. לדוגמה: כוחות כבידה גורמים לגלקסיה שלנו, שביל החלב, להסתובב כספירלה במהירות עצומה. אך מאסת החומר הנצפה והנמדד בגלקסיה אינה מספיקה כדי להסביר מהירות כה גבוהה. ההנחה היא שהמאסה החסרה היא חומר אפל. למעשה, על פי חישובי האסטרונומים, החומר האפל מהווה יותר מ-80% מכלל החומר ביקום, וחוקרים בכל העולם מנסים לגלות הוכחות ממשיות לקיומו."

     

    אות ראשון מעידן קדום

    התגלית המתפרסמת כעת החלה בקליטת אות גלי רדיו בטלסקופ הרדיו EDGES שבאוסטרליה, במסגרת מחקר שערכו חוקרים מאוניברסיטת אריזונה סטייט בארה"ב. "טלסקופים כאלה נועדו לקלוט אותות רדיו מהיקום הקדום," אומר פרופ' ברקנא. "על פי אורך הגל, אנחנו יודעים מאיזו תקופה הוא הגיע בתולדות היקום. האות המסוים הזה הינו הראשון שהגיע אלינו מעידן מסקרן, שאנו יודעים עליו מעט מאוד: העידן שבו החלו להיווצר כוכבים וגלקסיות, לפני 13 וחצי מיליארדי שנה. עם זאת, האות שנקלט התאפיין בנתונים מפתיעים, שעוצמתם גדולה משמעותית מהצפוי, והחוקרים תהו מדוע. הם הפנו את השאלה הזאת אליי."

     

    פרופ' ברקנא העריך כי המדידה המפתיעה של אות הרדיו קשורה לטמפרטורה של אטומי המימן שריחפו בחלל באותו עידן קדום. מדובר בטמפרטורה קרה מאוד, של כ-10 מעלות מעל האפס המוחלט, כלומר מינוס 263 מעלות צלסיוס - מכיוון שהשמשות (הכוכבים) וקרינתן המחממת עדיין לא נוצרו. אותם אטומי מימן בלעו אותות רדיו שמקורם בקרינה הקוסמית, וככל שהיו קרים יותר, כך עלתה רמת הבליעה. טלסקופ גלי הרדיו, שקולט היום את האותות הקדומים, מודד למעשה את אותה בליעה.

     

    תבנית של גלי הרדיו בשמיים שנוצרת מהשילוב של קרינה מהכוכבים הראשונים והשפעת החומר האפל. האזורים הכחולים הם אלה שבהם החומר האפל קירר במיוחד את החומר הרגיל. קרדיט: פרופ' רנן ברקנא.

     

    העברת אנרגיה לחומר קר יותר ממימן

    "עוצמת בליעת אות הרדיו שנקלט העידה כי טמפרטורת המימן באותו עידן קדום הייתה נמוכה אף יותר מהמינימום שנחשב לאפשרי עד כה," אומר פרופ' ברקנא. "הדרך היחידה להתקררות נוספת היא העברת אנרגיה – לחומר שהוא קר עוד יותר. והמועמד היחיד לקליטת האנרגיה העודפת מאטומי המימן הוא החומר האפל – שהטמפרטורה שלו ביקום הקדום הייתה קרובה עוד יותר לאפס המוחלט." כך מוכיחה התגלית שהחומר האפל אכן קיים, ויותר מכך, שהוא מורכב מחלקיקים – שהתנגשו עם אטומי המימן וקלטו מהם אנרגיה. בניגוד להשערות קודמות, חלקיקים אלה הם ככל הנראה חלקיקים קלים, שאינם כבדים בהרבה מאטומי המימן. 

     

    "המחקר בנושא קליטת ופיענוח גלי רדיו מהיקום הוא תחום פעיל ומתפתח. נכון להיום נבנים בעולם טלסקופי רדיו משוכללים יותר, במיוחד ה-SKA, שיהיה מערך טלסקופי הרדיו הגדול בעולם. אנחנו מאמינים שבאמצעותם נוכל לקלוט גלי רדיו נוספים המעידים על קיומו של החומר האפל, ואני מנבא שתהיה להם תבנית מובהקת, שניתנת לזיהוי מיידי. אין ספק שצפויות לנו עוד הרבה תצפיות ותגליות מרתקות!" מסכם פרופ' ברקנא.

    אוניברסיטת תל-אביב, רחוב חיים לבנון 30, 6997801.
    UI/UX Basch_Interactive