גילוי "גמד אפל" עשוי לפתוח דלת לפענוח תעלומת החומר האפל

Một loại vật thể sao mới được đề xuất, được gọi là sao lùn tối, có thể đang ẩn náu trong trung tâm thiên hà của chúng ta. Những ngôi sao mờ nhạt, khối lượng thấp này có thể được cung cấp năng lượng không phải bởi phản ứng tổng hợp hạt nhân, mà bởi sự hủy diệt của các hạt vật chất tối, có thể hé lộ bản chất khó nắm bắt của một trong những bí ẩn lớn nhất của vũ trụ. (Ý tưởng của họa sĩ). Nguồn: SciTechDaily.com

ייתכן שמחלקה חדשה של עצמים כוכבים, הנקראים ננסים אפלים, אורבת במרכז הגלקסיה שלנו. כוכבים חלשים אלה, בעלי מסה נמוכה, עשויים להיות מונעים לא על ידי היתוך גרעיני, אלא על ידי השמדת חלקיקי חומר אפל, מה שיכול לחשוף את טבעה החמקמק של אחת התעלומות הגדולות ביותר של היקום. (תפיסת האמן). מקור: SciTechDaily.

צוות החוקרים מבריטניה והוואי, שפורסם בכתב העת Journal of Astrophysics and Nuclear Astrophysics, הציג את מושג הננסים האפלים ותיאר כיצד בני אדם יכולים לזהות אותם באמצעות מכשירים קיימים, כולל טלסקופ החלל ג'יימס ווב. השם "ננסים אפלים" אינו נובע מכך שהם אפלים מטבעם, אלא משום שהם קשורים קשר הדוק לחומר אפל - חומר שנותר בלב האסטרופיזיקה והקוסמולוגיה כיום.

"אנו סבורים ש-25% מהיקום מורכב מסוג של חומר שאינו פולט אור, מה שהופך אותו לבלתי נראה לעין בלתי מזוינת ולטלסקופים. אנו יכולים לזהות אותו רק באמצעות השפעות הכבידה שלו. זו הסיבה שאנו קוראים לו חומר אפל", הסביר פרופסור ג'רמי סאקשטיין מאוניברסיטת הוואי, מחבר שותף למחקר.

למרות שקיומו של חומר אפל אושר ומדענים צפו בהתנהגותו, טבעו האמיתי נותר בגדר תעלומה. במהלך 50 השנים האחרונות הוצעו השערות רבות, אך אף אחת מהן לא נתמכה בנתונים ניסיוניים חזקים. מחקרים כמו זה נועדו לספק שיטות מעשיות להתקרב לתשובה סופית.

בין המועמדים המובילים לחומר אפל נמצאים חלקיקים מסיביים בעלי אינטראקציה חלשה (WIMPs) - חלקיקים בעלי מסה גדולה במיוחד אשר מקיימים אינטראקציה חלשה מאוד עם חומר רגיל. הם עוברים דרך כל דבר כמעט מבלי להתגלות, אינם פולטים אור, אינם מושפעים מכוחות אלקטרומגנטיים, ולכן אינם מחזירים אור ונשארים בלתי נראים. ניתן לזהות WIMPs רק בעקיפין באמצעות השפעתם הכבידתית. זהו גם סוג החומר האפל הדרוש לקיומם של ננסים אפלים.

Hình ảnh minh họa một chú lùn đen. Nguồn: Hình ảnh do nhân viên Sissa Medialab tạo ra bằng Adobe Illustrator

איור של גמד שחור. מקור: תמונה נוצרה על ידי צוות Sissa Medialab באמצעות Adobe Illustrator

"חומר אפל יכול לתקשר באמצעות כוח הכבידה, כך שהוא נלכד על ידי כוכבים ומצטבר בתוכם. כאשר זה קורה, הוא יכול לתקשר עם עצמו ולהשמיד את עצמו, ולשחרר אנרגיה שמחממת את הכוכב", מסביר סאקשטיין.

כוכבים רגילים, כמו השמש, זורחים באמצעות היתוך גרעיני בליבותיהם, כאשר הם מסיביים מספיק כדי שכוח המשיכה ידחוס חומר עד לנקודה שבה הוא מפעיל תגובות בין גרעיני אטום, ומשחרר כמויות עצומות של אנרגיה שאנו רואים כאור. ננסים אפלים, לעומת זאת, גם הם זורחים, אך לא באמצעות היתוך גרעיני.

"גמדים אפלים הם קטנים מאוד, רק כ-8 אחוזים ממסת השמש", אמר סאקשטיין. מסות נמוכות כאלה אינן מספיקות כדי להתחיל תגובות היתוך. לכן, עצמים אלה, למרות שהם נפוצים ביקום, בדרך כלל פולטים רק זוהר קלוש מהאנרגיה הנוצרת מקריסת כוח הכבידה הקטנה שלהם, ונקראים גמדים חומים.

עם זאת, כאשר הם קיימים באזורים עשירים בחומר אפל, כמו מרכז שביל החלב, ננסים חומים יכולים להפוך לצורות אחרות. "עצמים אלה אוספים חומר אפל, מה שהופך אותם לננסים אפלים", הדגיש סאקשטיין. "ככל שיש יותר חומר אפל סביבם, כך הם אוספים יותר. וככל שהם צוברים יותר חומר אפל, כך הם יכולים לייצר יותר אנרגיה מהשמדתם."

אבל כל התיאוריות הללו עובדות רק עבור סוג מסוים של חומר אפל. "כדי שגמדים אפלים יתקיימו, חומר אפל חייב להיות עשוי מחלקיקים מסיביים (WIMPs), או מכל חלקיקים מסיביים שיכולים לתקשר עם עצמם כדי ליצור חומר נראה", אמר סאקשטיין. תיאוריות אחרות, כמו אקסיונות, נייטרינים סטריליים, או חלקיקים אולטרה-קלים חלשים, הן קלות מדי כדי לייצר את האפקט הרצוי. רק חלקיקים מסיביים שיכולים לתקשר ולהתפרק לאנרגיה נראית יספקו מספיק אנרגיה עבור גמדים אפלים.

אבל כדי שהשערה זו תהיה תקפה, נדרשת שיטה ספציפית לזיהוי ננסים אפלים. לכן, סאקשטיין ועמיתיו מציעים חתימה: ליתיום-7. זהו יסוד שנשרף מהר מאוד בכוכבים רגילים ונעלם במהירות. "אם מוצאים עצם שנראה כמו ננס אפל, ניתן לבדוק אם יש עקבות של ליתיום-7. אם הוא עדיין שם, זה לא יכול להיות ננס חום או משהו כזה", מסביר סאקשטיין.

מכשירים מודרניים כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב נחשבים כמסוגלים לזהות עצמים קרים במיוחד כמו ננסים אפלים. סאקשטיין מציע גישה שונה: "אפשרות נוספת היא לבחון את האוכלוסייה כולה ולאחר מכן לשאול סטטיסטית האם יש לכלול אוכלוסייה נוספת של ננסים אפלים כדי לאפיין אותה טוב יותר."

אם מדענים יזהו ננס אפל אחד או יותר בשנים הקרובות, האם זה יספיק כדי לתמוך בהשערה שחומר אפל מורכב מ-WIMPs? "באופן די חזק", השיב סאקשטיין. "עם מועמדים לחומר אפל בהיר, כמו אקסיונות, אני לא חושב שנמצא משהו שנראה כמו ננס אפל. הם לא מצטברים בתוך כוכבים. אם נמצא ננסים אפלים, זו תהיה ראיה חזקה לכך שחומר אפל הוא מסיבי ומקיים אינטראקציה חזקה עם עצמו אך רק בצורה חלשה עם המודל הסטנדרטי. זה כולל WIMPs וכמה מודלים אקזוטיים אחרים."

עם זאת, הוא גם ציין כי גילוי ננסים אפלים אינו בהכרח אומר שחומר אפל הוא WIMP, אך הוא יכול להיות WIMP או צורה אחרת של חומר שמתנהגת באופן דומה ל-WIMP.

אם השערה זו תאושר, הדבר יפתח כיווני מחקר חדשים, שעשויים לשפוך אור על אחת התעלומות הגדולות ביותר של היקום.

לה קה (על פי SciTech Daily)

מקור: https://doanhnghiepvn.vn/cong-nghe/phat-hien-sao-lun-toi-co-the-mo-canh-cua-giai-ma-bi-an-vat-chat-toi/20250905082132203