מדענים שמדדו את הקרינה של התפרצויות גלי רדיו מהירות בחלל טוענים כי פיזור הקרניים בדרך מעיד קיום חומר רב יחסית באזורים שבין הגלקסיות
אסטרונומים טוענים שהצליחו למדוד את קיומו של "החומר החסר" ביקום באמצעות מדידות מרחק ופיזור (דיספרסיה) של התפרצויות גלי רדיו מהירות. גלי הרדיו עוברים דרך התווך שבין הגלקסיות מה שמשפיע על זמן ההגעה של תדרים שונים. כך הפיזור של תדרי הרדיו מעיד על כמות החומר שקיים בין הגלקסיה שלנו לגלקסיות רחוקות ביקום. החוקרים מצאו התאמה טובה בין כמות החומר שאמורה להיות לפי מודלים של המפץ הגדול ומדידות של קרינת הרקע הקוסמית, לבין המדידות החדשות המבוססות על התפרצויות גלי הרדיו המהירות.
טלסקופ הרדיו ASKAP מודד את הפרשי הזמן בהגעת אורכי גל שונים, מה שמאפשר לחשב עד כמה גדלי הרדיו התפזרו בדרך בגלל חומר שפגשו | איור: ICRAR and CSIRO/Alex Cherney
התפרצויות מהירות
התפרצויות רדיו מהירות (Fast Radio Bursts, או בקיצור FRBs) הן תופעה שהתגלתה בשנים האחרונות. בשנת 2007 דיווחו חוקרים על גילוי ראשון של התפרצות כזו, שמופיעה ונעלמת תוך כמה אלפיות השניה. ככל הנראה זו תופעה נפוצה מאד ביקום, שלא התגלתה קודם לכן פשוט בגלל שהיא מופיעה ונעלמת בפרק זמן קצר כל כך שקשה לזהותה ברוב התצפיות בתדרי רדיו.
ככל שהזמן עבר והתגלו עוד התפרצויות כאלו, האסטרונומים הבינו שאכן מדובר בתופעה שכיחה יחסית, אבל קשה לזיהוי. כך למשל, חלק גדול מהמדידות שנראו כמו תופעות אסטרופיזיקליות לגיטימיות הוכרזו לבסוף כשגיאות מדידה: פרצים של גלי רדיו מתנורי מיקרוגל בקרבת רדיו-טלסקופים נראו למדענים בדיוק כמו גלי רדיו שמקורם בגלקסיות רחוקות. עברו עוד כמה שנים עד שהקהילה המדעית השתכנעה שקיימות גם התפרצויות קרני רדיו מהירות אמיתיות שמקורן מחוץ לגלקסיה שלנו.
כיום טלסקופי רדיו בעלי שדה ראיה רחב עורכים סקרי שמיים המיועדים לגלות התפרצויות מהירות, ואכן גילו עשרות התפרצויות כאלו. מערך הטלסקופים ASKAP (קיצור של (Australian Square Kilometre Array Pathfinder), הוא בעל שדה ראיה רחב וגם יכולת איתור מדויקת של התפרצויות מסוג זה. במאמר החדש שהתפרסם בכתב העת נייצ'ר, מציגים החוקרים חמש התפרצויות שאותרו בדיוק של פחות משניית-קשת אחת בשמיים. זאת זווית קטנה מאד, שוות ערך לגודל הזוויתי של שערה שמוחזקת במרחק 200 מטר מהצופה. בזכות האיכון המדויק של מקור גלי הרדיו, אפשר לשייך כל אחת מההתפרצויות לגלקסיה מסוימת. מכיוון שהמרחק לגלקסיות האלו ידוע, אפשר לחשב את הקשר בין המרחק שעברו גלי הרדיו לפיזור שלהם. הדיספרסיה (פיזור), הוא ההבדל המזערי בזמן ההגעה של אורכי גל שונים, בדומה לתופעה של פיזור קרני אור לצבעים שונים בתוך מנסרה. עבור גלי רדיו שמגיעים ממקורות רחוקים ביקום, מידת הפיזור של אורכי הגל מאפשרת למדענים להעריך את מספר האלקטרונים שגלי הרדיו פגשו בדרכם, וכך להסיק את צפיפות החומר בין הגלקסיות.
בריק מוחלט כל אורכי הגל נעים במהירות האור (למעלה), אבל מפגש עם אלקטרונים מעכב כל אורך גל במידה שונה (למטה) | איור: ICRAR
החומר החסר
על פי המודלים המקובלים להיווצרות היקום והתפתחותו, אפשר לסווג את תכולת היקום לשלושה סוגים: אנרגיה אפלה שגורמת ליקום להתפשט במהירות גוברת והולכת, חומר אפל שאינו מגיב עם חומר רגיל או קרינה אלקטרומגנטית, וחומר "בַּרְיוֹנִי" שמורכב מפרוטונים, ניטרונים ואלקטרונים המוכרים היטב למדע. נוסף על החומר, קרינה אלקטרומגנטית וחלקיקי ניטרינו מהווים אחוז קטן מאד מהאנרגיה והחומר ביקום. החומר הבריוני הוא רק כ-5 אחוז מסך החומר והאנרגיה ביקום, ועדיין, חלק גדול ממנו לא ניתן לראות. בניגוד לחומר האפל שלא יוצר שום אינטראקציה עם קרינה אלקטרומגנטית, ה"חומר החסר" הוא חומר רגיל לחלוטין, בעיקר פרוטונים ואלקטרונים, שנמצאים ביקום בצורה של גז דליל. מכיוון שמדובר בגז בצפיפות של אטומים אחדים למטר מעוקב, קשה לראות אותו אפילו בטלסקופים גדולים מאד. העובדה שהגז מיונן (האלקטרונים נפרדים מהפרוטונים) גורם לכך שרוב אורכי הגל אינם מגיבים עם הפרוטונים ואינם מראים קווי בליעה אופיינים שאפשר למדוד כשצופים בגלקסיות או בכוכבים. על פי מודלים שונים ומדידות של קרינת הרקע הקוסמית, אפשר להעריך שהתצפיות הנוכחיות מפספסות כחצי מהחומר הבריוני ביקום.
אחת התופעות שנוכחות גז מיונן דליל דווקא משפיעה עליהן היא הפיזור של גלי רדיו. כאשר גלי רדיו מהתפרצות מהירה עוברים מרחק של מיליוני שנות אור הם פוגשים בדרכם כמות מצטברת של אלקטרונים חופשיים שמשפיעה על התנועה שלהם. גלי הרדיו נעים במהירות האור אבל המפגש עם האלקטרונים מאט אותם, כך שאורכי גל מסוימים של הקרינה מגיעים אלינו כמה אלפיות שניה אחרי חבריהם. מכיוון שההתפרצויות האלה קצרות מאוד במקור, אפשר למדוד את הפיזור של אורכי הגל השונים ולהסיק כמה חומר, במצטבר, היה בין המקור לאנטנות הרדיו. אחרי שמתחשבים בכך שחלק מהפיזור נובע מגז בגלקסיה שלנו, וחלק נובע מגז בגלקסיה שממנה הגיע האות, אפשר להסיק, גם אם ברמה מסוימת של אי-ודאות, כמה הגלים התפזרו בדרך וכמה חומר יש בין הגלקסיות. כאשר ידוע גם המרחק לגלקסיה שממנה הגיעו גלי הרדיו, אפשר לחשב את צפיפות הגז בין הגלקסיות.
החוקרים, בהובלת מדענים מאוסטרליה ומארצות הברית, מראים במחקר החדש כי צפיפות הגז מתאימה למודלים התיאורטיים של החומר החסר. על פי החישובים, כל החומר שהיה חסר עד כה למעשה נמצא בגז שבין הגלקסיות. תודות לתופעת התפרצויות הרדיו המהירות והיכולת לגלות ולאכן אותן, התגלתה דרך למדוד ולאתר את החומר החסר ביקום.
על אף הממצאים המבטיחים, יש לציין שהמדידות בוצעו עבור חמש התפרצויות בלבד. בהתחשב בכך שחלק מהפיזור נובע גם מחומר בגלקסיה שלנו ובגלקסיה שממנה מגיעה ההתפרצות, עדיין יש אי ודאות גדולה לגבי התוצאות. ככל שיתגלו עוד התפרצויות שאנו יודעים את מקורן, יהיה אפשר לחשב במדויק יותר את הצפיפות של הגז הבין-גלקטי ואת כמות החומר הבריוני ביקום.
סרטון של המרכז הבינלאומי לאסטרונומיית רדיו (ICRAR) על המחקר:
