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

DNVN - מחקר שפורסם לאחרונה מראה כי "גמדים אפלים" מסתוריים עשויים לספק רמזים חשובים, התורמים להבהרת טבעו האמיתי של החומר האפל - אחת התעלומות הגדולות ביותר של הקוסמולוגיה המודרנית.

סוג חדש של עצם כוכבים, הנקרא ננס אפל, עשוי להסתתר במרכז הגלקסיה שלנו. כוכבים חלשים אלה, בעלי מסה נמוכה, עשויים להיות מונעים לא על ידי היתוך גרעיני, אלא על ידי השמדת חלקיקי חומר אפל, ובכך לחשוף את טבעו החמקמק של אחת התעלומות הגדולות ביותר של היקום. (רעיון של אמן). מקור: SciTechDaily.

על פי פרסום בכתב העת Astronomical and Nuclear Physics Journal, צוות חוקרים מבריטניה והוואי הציג את מושג כוכבי ננסיים כהים ותיאר כיצד ניתן לזהות אותם באמצעות ציוד קיים, כולל טלסקופ החלל ג'יימס ווב. השם "ננסיים כהים" אינו מתייחס לחושך הטבוע בהם, אלא לקשר ההדוק שלהם עם חומר אפל - סוג של חומר שנותר מרכזי באסטרופיזיקה ובקוסמולוגיה כיום.

פרופסור ג'רמי סאקשטיין מאוניברסיטת הוואי, מחבר שותף של המחקר, הסביר: "אנו מאמינים ש-25% מהיקום מורכב מסוג של חומר שאינו פולט אור, מה שהופך אותו לבלתי נראה לעין בלתי מזוינת ואפילו לטלסקופים. בני אדם מזהים אותו רק באמצעות השפעת הכבידה. זו הסיבה שאנו קוראים לזה חומר אפל."

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

בין המועמדים המובילים לחומר אפל נמצאים חלקיקים כבדים בעלי אינטראקציה חלשה (WIMPs) - חלקיקים מסיביים במיוחד המקיימים 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 כמעט בלתי נראים. ניתן לזהות WIMPs רק בעקיפין באמצעות השפעתם הכבידתית. זהו בדיוק סוג החומר האפל הדרוש לקיומם של כוכבים ננסיים כהים.

התמונה ממחישה גמד שחור. מקור: התמונה נוצרה על ידי צוות Sissa Medialab באמצעות Adobe Illustrator.

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

כוכבים רגילים, כמו השמש, זוהרים הודות להיתוך גרעיני בליבותיהם, כאשר המסה שלהם גדולה מספיק כדי שכוח המשיכה ידחוס חומר עד לנקודה שבה הוא מפעיל תגובה בין גרעיני אטום, ומשחרר את האנרגיה העצומה שאנו רואים כאור. כוכבים ננסיים כהים, לעומת זאת, גם זוהרים אך לא באמצעות היתוך גרעיני.

"לגמדים כהים יש מסות קטנות מאוד, רק כ-8% ממסת השמש", אמר סאקשטיין. מסה נמוכה שכזו אינה מספיקה כדי ליזום תגובות היתוך. לכן, עצמים אלה, למרות שהם נפוצים ביקום, בדרך כלל פולטים אור חלש מאנרגיה הנוצרת על ידי התכווצויות כבידה קטנות, ונקראים גמדים חומים.

עם זאת, כאשר הם ממוקמים באזורים עשירים בחומר אפל, כמו מרכז שביל החלב, ננסים חומים יכולים להפוך לצורות אחרות. סאקשטיין מדגיש: "עצמים אלה אוספים חומר אפל, מה שהופך אותם לננסים אפלים. ככל שיש יותר חומר אפל סביבם, כך הם אוספים יותר. וככל שיותר חומר אפל מצטבר בתוכם, כך גדלה האנרגיה מתהליך ההרס שלהם."

עם זאת, כל ההשערות הללו נכונות רק לסוג מסוים של חומר אפל. "כדי שגמד אפל יתקיים, החומר האפל חייב להיות מורכב מחלקיקים כבדים אחרים המסוגלים ליצור אינטראקציה עצמית וליצור חומר מוחשי", אומר סאקשטיין. השערות אחרות, כגון אקסיונות, נייטרינים סטריליים או חלקיקים קלים במיוחד, הן קלות מדי כדי לייצר את האפקט הרצוי. רק חלקיקים בעלי מסות גדולות המסוגלים ליצור אינטראקציה עצמית ולהתפרק לאנרגיה מוחשית יכולים לספק מספיק כוח לגמד אפל.

אבל כדי שהשערה זו תהיה תקפה, נדרשת שיטה ספציפית לזיהוי ננסים אפלים. לכן, סאקשטיין ועמיתיו הציעו סמן אופייני: ליתיום-7. יסוד זה נשרף מהר מאוד בכוכבים רגילים ונעלם במהירות. "אם תמצאו עצם שנראה כמו ננס אפל, תוכלו לבדוק אם יש עקבות של ליתיום-7. אם הוא עדיין קיים, אז זה לא יכול להיות ננס חום או עצם דומה", הסביר סאקשטיין.

מכשירים מודרניים כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב נחשבים כמסוגלים לזהות עצמים קרים במיוחד כמו ננסים אפלים. בנוסף, סאקשטיין מציע גישה שונה: "אפשרות נוספת היא לצפות בכל אוכלוסיית העצמים ולאחר מכן לשאול, סטטיסטית, האם יש להוסיף תת-אוכלוסייה של ננסים אפלים לקבלת תיאור מדויק יותר."

אם בשנים הקרובות מדענים יזהו כוכב ננס אפל אחד או יותר, האם זה יספיק כדי לחזק את ההשערה שחומר אפל מורכב מכוכבי ננס אפל? סאקשטיין עונה: "באופן די חזק. עם מועמדים לחומר אפל בהיר, כמו אקסיונות, אני לא חושב שתמצאו עצמים שדומים לכוכבי ננס אפל. הם לא מצטברים בתוך הכוכב. אם תמצאו כוכב ננס אפל, זו תהיה ראיה חזקה לכך שחומר אפל הוא בעל מסה גדולה, שהוא מקיים אינטראקציה חזקה עם עצמו אך רק בצורה חלשה עם המודל הסטנדרטי. זה כולל כוכבי ננס אפל וכמה מודלים מוזרים אחרים."

עם זאת, הוא גם ציין כי גילוי של ננס אפל אינו בהכרח אומר שהחומר האפל הוא WIMP; זה יכול להיות WIMP או צורה אחרת של חומר שמתנהגת באופן דומה ל-WIMP.

אם השערה זו תאושר, הדבר יפתח בפנינו דרכי מחקר חדשות, שעשויות 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