הודות לכוח המשיכה, לפחות אנחנו מודעיםקיים. אנחנו גם יודעים שהוא שופע בצורה מוזרה, ומהווה בערך 85 אחוז מכל החומר ביקום.
אבל חוץ מזה, אנחנו די חסרי מושג. אנחנו לא יודעים מהו חומר אפל או מאיפה הוא הגיע, ואם הוא עשוי מסוג כלשהו של חומר בעל אינטראקציה חלשה, עדיין לא נוכל לזהות ישירות חלקיק אחד ממנו.
על פי מחקר תיאורטי של שני חוקרים מאוניברסיטת קולגייט בארה"ב, הכישלון המתמשך שלנו לחשוף את החומר האפל - אפילו עם שיטות זיהוי חדשות יותר ורגישות ביותר - מחייב לחשוב מחדש על טבעו ומקורותיו הפוטנציאליים של החומר המסתורי הזה.
במקום לצאת מה-יחד עם חומר בריוני רגיל, חומר אפל יכול היה להתעורר מעט מאוחר יותר ב"מפץ הגדול האפל" שלו, כותבים מחברי המחקר.כעת הוא עשוי להתגורר במגזר חשוך המנותק ברובו מהמגזר הגלוי שלנו, תוך אינטראקציה בלעדית באמצעות כוח הכבידה.
כוח הכבידה לימד אותנו את המעט שאנחנו יודעים על החומר האפל עד כה. אנו קוראים לחומר הרפאיםכֵּהֶהחומר כי הוא אינו יוצר אינטראקציה עם אור או קרינה אלקטרומגנטית אחרת, מה שהופך אותו לבלתי נראה לנו.
אולם בהתחשב בתנודת הכבידה שלו על גלקסיות וצבירי גלקסיות - בנוסף לרמזים אחרים, כמו השפעתה על קרינת הרקע הקוסמית - יש לנו עדויות חזקות לקיים חומר אפל. אנחנו פשוט עדיין בחושך לגבי כמעט כל השאר, כולל מה זה ומאיפה זה הגיע.
המצוד אחר החומר האפל התמקד בעיקר ב, או WIMPs. חלקיקים יסודיים היפותטיים אלה יתקשרו באמצעות שניים מה: כוח הכבידה והכוח הגרעיני החלש (אך לא אלקטרומגנטיות או הכוח הגרעיני החזק).
עשרות שנים של חיפוש לא הניבו שום אישור לקיומם של WIMPs, עמעמו מעט את הפיתוי שלהם ודחק יותר עניין מדעי להסברים אפשריים אחרים של חומר אפל.
"ככל שה-WIMP ממשיכים להתחמק מגילוי, זה הופך להיות חשוב יותר ויותר לשקול מגזרים אפלים המנותקים מאוד מהמגזר הגלוי",לִכתוֹבמחברי המחקר החדש, הפיזיקאי קוסמין אילי והחוקר לתואר ראשון ריצ'רד קייסי.
בשנת 2023, שני חוקרים נוספים - קתרין פריז ומרטין וינקלר מאוניברסיטת טקסס באוסטין -מוּצָעתיאוריה מסקרנת: אולי החומר האפל נוצר בנפרד להתפשטות הקוסמית הראשונית במפץ גדול שני, שהם כינו את המפץ הגדול האפל.
זה יאתגר את האופן שבו מדענים רבים רואים כיום את העידן המרכזי הזה, כאשר כל החומר והקרינה ביקום (כולל החומר האפל, באשר הוא) מקורם מאותו מגזר של הפיזיקה.
על פי פריז ווינקלר, לעומת זאת, המפץ הגדול האפל תואם את העדויות לחומר אפל - כל עוד הוא קרה מיד, תוך כחודש מהמפץ הגדול הראשון.
בתרחיש זה, חלקיקי חומר אפל נובעים מהתפרקות של שדה קוונטי שמזווג רק למגזר האפל או הנסתר; מבחר היפותטי של חלקיקים וכוחות מעבר לידע הנוכחי שלנו בפיזיקה.
המפץ הגדול האפל ישחרר צו ראשוןמעבר פאזה קוסמולוגיבמגזר האפל, דומה לשינויים המשתנים במציאות שהמגזר הגלוי שלנו חווה לאחר המפץ הגדול הראשון, שהמיר אנרגיית ואקום לפלזמה חמה של קרינה וחלקיקים.
במחקר החדש שלהם, אילי וקייסי מעמיקים ברעיון הזה, בוחנים את היתכנותו ובודקים מגוון תרחישים שונים של המפץ הגדול האפל המתאימים לנתונים ניסיוניים קיימים.
עבודתם עוזרת לחזק את המקרה שהציגו פריזה ו-ווינקלר, לא רק מאשרת את האפשרות של מפץ גדול אפל, אלא גם מעריכה מקיפה את מגוון הדרכים שבהן אירוע כזה יכול היה להתגלגל.
בין הממצאים שלהם, אילי וקייסי חושפים מערך שלא נבדק בעבר של פרמטרים פוטנציאליים לשחר החומר האפל. הם גם מציגים אפשרויות לבדיקה נוספת של מושג זה, כולל קיומם האפשרי של עקבות ניתנים לזיהוי - כמו- הושאר מאחור על ידי תרחישים אלה.
"זיהוי גלי כבידה שנוצרו על ידי המפץ הגדול האפל יכול לספק ראיות מכריעות לתיאוריה החדשה הזו של החומר האפל," אייליאומר.
ובעוד שחומר אפל לא סביר לוותר בקלות על סודותיו, יש סיבה לאופטימיות שנפתור את התעלומה הקוסמית הזו, הוא מציין.
"עם ניסויים נוכחיים כמו הבינלאומימערך התזמון (IPTA) ומערך הק"מ המרובע (SKA) באופק, ייתכן שבקרוב יהיו לנו הכלים לבחון את המודל הזה בדרכים חסרות תקדים", איליאומר.
לדוגמה, חוקרים עם שיתוף הפעולה המחקרי NANOGrav - שהוא חלק מ-IPTA - הודיעו ב-2023 שהם מצאו ראיות ל-רקע גלי כבידהביקום.
זה יכול לעזור לבחון את תפיסת המפץ הגדול האפל, אומרים אילי וקייסי, ולהכין את הבמה למחקר נוסף שאולי סוף סוף ישפוך מעט אור על החומר האפל.
המחקר פורסם בסקירה פיזית ד.
