כמות החומר הנצפית ביקום, אינה יכולה להסביר מספר תופעות. מהירות הסיבוב של הגלאקסיות סביב מרכזן, ומהירותן של כל אחת מהגלקסיות בתוך צברי הגלקסיות, הינה גדולה מידי, וכוח הכבידה של החומר שאנו מסוגלים לצפות בו, פשוט לא יכול להחזיק את הגלקסיות יחדיו במהירות זו. חיבת להיות בעיה בתיאורית הכבידה, או ביכולתנו להעריך את מאסת הגלאקסיות על מנת להסביר זאת.

כיום סוברים המדענים כי כמות אדירה של חומר, פי שש מן החומר שאנו רואים, הינו חומר מסוג אחר מזה שמוכר לנו, חומר שאיננו מסוגלים לראות, ועל כן הוא נקרא חומר אפל. אם חומר זה נמצא בגלקסיות, כוח הכבידה שלו יסביר כיצד הגלקסיות אינן מתפרקות. יתרה מזאת, קיומו של חומר אפל בכמות שכזו נותן תמיכה נוספת לתיאוריית המפץ הגדול, ויכול להסביר כיצד נוצרו הגלקסיות תוך זמן קצר מרגע המפץ.

עם זאת קימות תיאוריות מתחרות לקיומו של החומר האפל אשר מנסות להסביר את אותן התופעות שתיאורית החומר האפל מסבירה, ועל כן נעשה מאמץ רב לאתר אינדיקציה לקיומו של החומר האפל. הדבר הינו בעיתי ביותר, מאחר והחומר האפל כמעט ואינו מקיים אינטראקציות עם החומר הנראה, ממנו בנויים הגלאים שלנו.

אחד התהליכים בו נהייה מסוגלים לצפות הוא תהליך בו זוג חלקיקי חומר אפל, הופכים לזוג של אלקטרון ופוזיטרון (האנטי - אלקטרון). בתהליך זה צפויים להיווצר אלקטרונים בעלי אנרגיה גבוהה, של כ620- GEV. (לשם השוואה, כאשר האלקטרון אינו נע, האנרגיה שלו נמוכה בערך פי 1200 מערך זה).

בניסוי שבוצע לאחרונה, יתכן והתגלה סיגנל של תהליך זה בדיוק. בניסוי הופרח בלון ענק לגובה רב מעל לאדמת אנטרקטיקה כאשר הוא נושא אחריו גלאי המסוגל לזהות אלקטרונים, ולמדוד את האנרגיה שלהם (קולימאטור). הגלאי מדד את ספקטרום האנרגיה, כלומר כמה אלקטרונים פגעו בגלאי בכל אנרגיה ואנרגיה.

בכל רגע ורגע פוגעים אלקטרונים, פרוטונים ויונים רבים באטמוספרת כדור הארץ, אשר מקורם בגורמים קוסמיים, כגון סופר נובות המאיצים את החלקיקים למהירויות הקרובות למהירות האור, ושולחים אותם אל החלל. האלקטרונים נוטים לאבד אנרגיה במהירות גדולה יחסית, ולכן אלו מהם שמגיעים לכדור הארץ מגורמים רחוקים, צפויים להגיע עם אנרגיה נמוכה מאוד. לכן, זיהוי של אלקטרונים אנרגטיים יעיד על כך שהם נוצרו בקרבת כדור הארץ.

בניסוי המתואר לעיל, גילו החוקרים חריגה מספקטרום האנרגיה של האלקטרונים אותו הם ציפו למדוד. באנרגיות נמוכות (עד GEV 100) ובאנרגיות גבוהות מאוד (מעל GEV 800) התקבל ספקטרום זהה לזה שהתקבל במספר ניסויים קודמים. בטווח הביניים שלGEV 300-800 התגלו מספר רב מאוד של אלקטרונים יחסית למספר הצפוי.

לתוצאות הניסוי, יתכנו שני פירושים:

א. מקור האלקטרונים הינו במקור קוסמי קרוב יחסית לכדור הארץ, אולם מקור זה טרם אותר באמצעים אחרים (תצפיות של טלסקופים לדוגמה)

ב. מקור האלקטרונים הינו בתהליך שתואר קודם לכן, בו חלקיקי חומר שחור הופכים לאלקטרונים ופוזיטרונים

במידה ומקור האלקטרונים הינו בחלקיקי החומר האפל, הרי שזוהי תגלית חשובה ביותר. על מנת לנסות ולוודא זאת, ישלח בעתיד הקרוב גלאי נוסף, גדול יותר, אשר יוכל לזהות בדיוק רב יותר את ספקטרום האנרגיה של האלקטרונים. כאשר תתקבל מדידה מדויקת יותר, ניתן יהיה להשוות אותה אל הספקטרום הצפוי מתהליך הפיכת החומר השחור לזוגות אלקטרונים - פוזיטרונים, ולדעת האם המדענים הצליחו לגלות אינדיקציה חזקה לקיומם של חלקיקי החומר האפל.
  

הבלון לפני המראתו. התמונה באדיבות מגזין nature

 

מאת: ירון גרוס
המחלקה לפיסיקה של חומר מעובה
מכון וייצמן למדע

בבליוגרפיה

  .Nature, Vol 456|20 November 2008, An excess of cosmic ray electrons at energies of 300-800 GeV. J. Chang1, J. H. Adams Jr, H. S. Ahn, G. L. Bashindzhagyan, M. Christl, O. Ganel, T. G. Guzik6, J. Isbert, K. C. Kim, E. N. Kuznetsov, M. I. Panasyuk, A. D. Panov5, W. K. H. Schmidt, E. S. Seo, N. V. Sokolskaya, J. W. Watts, J. P. Wefl, J. Wu & V. I. Zatsepin


2. Nature 456, 329-330 20 November 2008
Astrophysics: A message from the dark side
Yousaf M. Butt


הערה לגולשים
אם אתם חושבים שההסברים אינם ברורים מספיק או אם יש לכם שאלות הקשורות לנושא, אתם מוזמנים לכתוב על כך בפורום. אנו נתייחס להערותיכם. הצעות לשיפור וביקורת בונה תמיד מתקבלות בברכה.

0 תגובות