דמיינו שאתם נכנסים לחדר חשוך לחלוטין ומגלים שרוב הרהיטים בלתי נראים. אתם יודעים שהם שם, כי אתם מרגישים את השפעתם – משהו מושך אתכם, משהו חוסם את דרככם, משהו מונע מההד של קולכם לחזור אליכם מהקירות, משהו מריח כמו עץ ישן – אבל אינכם יכולים לראות או לגעת בהם. זוהי בדיוק החוויה של אסטרונומים עם חומר אפל, אחת החידות הגדולות ביותר של המדע בן זמננו, שהתשובות אליה חשובות מאוד להבנתנו את היקום.
הגילוי המוזר
הסיפור מתחיל בשנות ה-30 של המאה ה-20, כאשר האסטרונום השוויצרי פריץ צוויקי חקר את צביר הגלקסיות קומה. חישוביו גילו משהו מוזר: הגלקסיות נעו מהר מדי. על פי חוקי הכבידה של ניוטון, הוא ציפה שגופים חיצוניים יותר בגלקסיות ינועו לאט יותר ואף “ישתחררו” מהגלקסיות שלהם – אך כוח בלתי נראה גורם להם להסתובב מהר מהמצופה ובמסלול יציב. צוויקי הגיע למסקנה שמלבד החומר שאנו רואים, העולם מורכב גם ממה שהוא קרא לו "חומר אפל", אך הקהילה המדעית התעלמה מגילויו במשך עשורים.
ב-1970, ורה רובין ביצעה תצפיות מדוקדקות על סיבוב גלקסיות ספירליות. גם היא, כמו צוויקי, גילתה שכוכבים בקצוות גלקסיות נעו באותה מהירות כמו אלה הקרובים למרכז, בניגוד מוחלט לחוקי הפיזיקה הידועים. המסקנה הבלתי נמנעת הייתה שהגלקסיות שקועות בענן עצום של חומר בלתי נראה, שלהערכתה "עוטף" גלקסיות כמו כדור בלתי נראה, שהמאסה שלו גבוהה פי 5-10 ממאסת החומר הנראה של הגלקסיות.
עדויות מצטברות
מאז, הראיות לקיומו של חומר אפל רק התרבו והתחזקו. עידוש כבידתי – התופעה שבה מסה מעקמת את מרחב הזמן וגורמת לאור להתעקם – חושף ריכוזי חומר אפל עצומים. מפות של קרינת הרקע הקוסמית מראות תבניות שניתן להסביר אך ורק אם 85% מהחומר ביקום הוא "חומר אפל" כזה.
התצפית הדרמטית ביותר הגיעה מ"צביר הקליע" – התנגשות בין שני צבירי גלקסיות. בעוד הגז הרגיל התנגש והאט, החומר האפל של שני הצבירים עבר זה דרך זה מבלי להגיב, מה שמוכיח שהוא קיים ושונה מהותית מחומר רגיל.
מהו חומר אפל?
למרות עשרות שנות מחקר, איננו יודעים ממה עשוי חומר אפל. הוא אינו פולט, בולע או מחזיר אור או קרינה אלקטרומגנטית כלשהי. האינטראקציה היחידה שלו עם החומר הרגיל היא דרך כוח הכבידה. תיאוריות מובילות מציעות שמדובר בחלקיקים אקזוטיים שטרם גילינו – אולי WIMPs (חלקיקים מאסיביים בעלי אינטראקציה חלשה) או אקסיונים (חלקיקים היפותטיים קלים במיוחד).
מעבדות תת-קרקעיות ברחבי העולם מנסות לזהות התנגשויות נדירות בין חלקיקי חומר אפל לאטומים רגילים; מאיצי חלקיקים כמו זה שבשווייץ מנסים ליצור חומר אפל בהתנגשויות אנרגטיות; טלסקופי חלל מחפשים אותות עקיפים. עד כה, כולם נכשלו.
השלכות קוסמיות
חומר אפל אינו רק קוריוז מדעי – הוא האדריכל הראשי של היקום. בלעדיו, גלקסיות לא היו נוצרות, כוכבים לא היו נולדים, והחיים כפי שאנו מכירים אותם לא היו אפשריים. הוא עיצב את המבנה של הקוסמוס, יצר את הרשת הקוסמית של חוטי גלקסיות וחללים ריקים.
גילוי טבעו של החומר האפל עשוי לחולל מהפכה בפיזיקה. הוא עשוי לחשוף סוג חדש לגמרי של חומר, להוביל לתיאוריה מאוחדת של הכוחות, או אפילו לגלות שכל הבנתנו את כוח הכבידה וגורמים נוספים ביקום שגויה מיסודה. כל אפשרות תשנה לחלוטין את הבנתנו את המציאות.
החומר האפל אפילו שימש, ככל הנראה, השראה לסדרת ספרי המד"ב של הסופר פיליפ פולמן, שהפכה בינתיים לסרט בכיכובה של ניקול קידמן ("מצפן הזהב", 2007) ולסדרה פופולרית של BBC ו-HBO ("חומריו האפלים", 2019-2022). בספריו של פולמן, חומר בלתי נראה מסתורי בשם "אבק" מסוגל לחולל ניסים בעולם הנראה.
קצת על הקשר הזה בסרטון הבא, החל מ-10:00:
אתגר לדורות הבאים
חומר אפל מהווה תזכורת תמידית לכך שלמרות הישגי המדע המרשימים במאות האחרונות, אנחנו עדיין יודעים מעט מאוד על היקום. רובו המוחלט עדיין לא מובן לנו. מצד אחד, זו עדות מטרידה לקטנותנו המדעית, אך מצד שני, גם הזמנה לחקור את היקום ברמות שטרם הגענו אליהן. הדור הבא של מדענים עשוי לפתור את החידה הגדולה הזו, ולחשוף עולם חדש לגמרי של פיזיקה.
טעינו? נתקן! אם מצאתם טעות בכתבה, נשמח שתשתפו אותנו