לאן נעלם החומר האפל?

לאסטרונומים יש בעיה. בכל פעם שהם חוקרים את מבנה היקום בקנה מידה גדול, הם מבינים מהר מאוד שלא יכול להיות שכמות החומר הנראה מייצר מספיק כוח כבידה לתמוך במבנים שהם רואים. דברים כמו מקבצי גלקסיות, ואפילו הגלקסיות בפני עצמן, אמורים להתפרק בהינתן כמות החומר הרגיל שהם מכילים.

משהו אחר כנראה מונע מהדברים האלה להתפרק. אז אסטרונומים העלו את הרעיון של חומר אפל – חומר מסתורי, בלתי נראה ובלתי מורגש שממלא את היקום ומייצר את כוח הכבידה הנדרש לו.

זאת לא בעיה קטנה של קצת מסה חסרה. הבעיה הזאת היא ענקית. לפי התמונה האחרונה של מבנה היקום בקנה מידה גדול, שצולמה במשימת החלל פלאנק, החומר הרגיל והנראה מהווה רק 5 אחוזים מכלל המסה/אנרגיה של היקום, בשעה שהחומר האפל מהווה 27 אחוזים ממנה (השאר הוא אנרגיה אפלה מסתורית אף יותר).

כדי שיהיה היגיון במספרים האלה, אומרים לנו אסטרופיזיקאים שהגלקסיה שלנו כוללת כנראה לפחות 80 אחוז חומר אפל.

משמעות הדבר היא שמערכת השמש שלנו שוחה בחומר הזה. פיזיקאים חישבו שחלקיקים של חומר אפל מתנגשים בכל בן אדם בכדור הארץ 100,000 פעמים בשנה, כפי שראינו בשנה שעברה.

אבל מכאן עולה שאלה חשובה. אם אנחנו חיים בים סמיך של חומר אפל, כפי שטוענים אסטרופיזיקאים, למה אין ראיות לזה?

גישתם של רוב גלאי החומר האפל היא לחפש ראיות להתנגשויות של חומר אפל עם חומר רגיל. כמה מהניסויים האלה אומרים שהם מצאו ראיות טנטטיביות להתנגשויות האלה.

אבל יש עוד דרך לחפש חומר אפל – לפי השפעותיו הכבידתיות על מערכת השמש עצמה. אם השמש מוקפת במרק סמיך של חומר אפל, אנחנו אמורים להיות יכולים לראות את השפעותיו הכבידתיות על מסלוליהם של כוכבים, ירחים ואסטרואידים.

בינתיים, ניקולאי פיטייב מאוניברסיטת סנט פטרבורג ואלנה פיטייבה מהמכון לאסטרונומיה יישומית בסנט פטרבורג, השתמשו במערך מדידות של מסלולי כוכבי לכת, הפורט ביורת שנערך אי פעם, כדי לחקור את השאלה הזאת. המסקנה שלהם היא שהשפעתו הכבידתית של החומר האפל על מערכת השמש זניחה.

פיטייב ופיטייבה אספו מערך נתונים מרשים שכולל כ-677,000 מדידות של מיקומיהם של כוכבי לכת מאז שנת 1910. אלה כוללים מדידות אופטיות ממצפי כוכבים בכדור הארץ, מדידות שונות מחלליות כגון קסיני, שחוקרת את שבתאי, וממשימות מארס אקספרס וונוס אקספרס, וכן מדידות מכ"ם רוסיות של מיקומי כוכבי לכת מהשנים 1961-1995.

הנתונים הלכו ונעשו מדויקים יותר בשנים האחרונות. למשל, הנתונים מקסיני מציינים את מיקומה בשבתאי בטווח טעות של מטר, פחות או יותר.

אסטרופיזיקאים השתמשו במדידות האלה כדי לבנות מודל של התנהגות מערכת השמש, מודל המתחשב בהפרעות שיוצרים כוכבי לכת גדולים, הירח, 301 האסטרואידים הגדולים ביותר, אסטרואידים אחרים שערוכים כטבעת אחידה, 21 הגופים הטרנס-נפטוניים הגדולים ביותר וכולי.

לאחר שהביאו בחשבון את כל זה, פיטייב ופיטייבה חיפשו השפעות כבידתיות חריגות שעשויות להיגרם על-ידי חומר אפל. "אם חומר אפל נמצא במערכת השמש, אז אמורה להיות לו השפעה כבידתית נוספת על כל הגופים," הם אומרים.

מדידת הכבידה של כוכבי הלכת: השפעה שולית ביותר

החדשות המבלבלות הן שפיטייב ופיטייבה לא מוצאים כל ראיה לקיומו של החומר הזה בניתוח שלהם. אם הוא שם, השפעתו ללא ספק קטנה מהשגיאות שבנתונים.

כדי לבדוק זאת הם חישבו ומצאו שכמות החומר האפל בתוך מסלולו של שבתאי זעירה. "מסת החומר האפל בספרה שבתוך מסלולו של שבתאי אמורה להיות פחות מאשר 1.7 10^−10M⊙," הם אומרים. זוהי בערך המסה של אסטרואיד גדול.

האסטרונומים אובדי עצות. מחד גיסא, הם אומרים שחומר אפל אוחז בגלקסיה שלנו בצבתו הכבידתית ומונע ממנה להתפרק. מאידך גיסא, השפעתו הכבידתית על מערכת השמש זניחה. משהו לא מסתדר פה.

בעיית השפעותיו המנוגדות של החומר האפל על היקום בקני מידה שונים הופכת במהרה לבעיה המרתקת והדחופה ביותר בפיזיקה ובאסטרונומיה.

חוקרים עדיין משקיעים לא מעט כסף בתכנון, בניית ועריכת ניסויי ענק המחפשים חומר אפל בקרבתנו. אבל ראיות הנאספות ממקורות אחרים, כגון הניתוח של פיטייב ופיטייבה, מרמזות שההשקעה הזאת לא תחזיר את עצמה.

הם לא יפסיקו לחפש, ולא כדאי שיפסיקו. אבל בעיית החומר האפל עוד תייצר מחלוקות רבות בשנים הקרובות.

מקורות:מאמרם של פיטייב ופיטייבה