רצועות קוסמיות יכולות לפתור את בעיית הפוזיטרונים העודפים באיזורים ביקום

רשת של “מחרוזות קוסמיות: החוצות את היקום עשויות להיות אחראיות לריבוי המסתורי של חלקיקי אנטי חומר המסקרן את המדענים * פגמי קריסה במבנה היקום עשויות ליצור עודף אנטי-חומר או שובה של תיאוריה שזוהרה עומם עם גילוי היקום האינפלציוני בשנות השמונים

מחרוזות קוסמיות עשויות לשחק תפקיד ביצירת הגלקסיות. אסטרופיסיקאים תיאורטיקנים בנאס”א חזו זה מכבר את קיומם של מחרוזות קוסמיות, דקות מאטום אך נמתחות למרחקים ארוכים ביקום. הם סבורים כי הם נוצרו באירוע המכונה “מעברי פאזות” – שינויים דרמטיים במבנה החומר שהתרחשו כאשר היקום התקרר זמן קצר לאחר המפץ הגדול. מחרוזות אלה הן בעלות שדה כבידתי חדש ויתכן שהן סייעו לאסוף את החומר שיצר את הגלקסיות הראשונות.

הרעיון איבד מזוהרו כאשר התצפיות הוכיחו, לפחות כפי שזה נראה אז, כי המחרוזות הללו לבדן אינן יכולות להיות אחראיות ליצירת הגלקסיות. במקום זאת, תיאורית ה”אינפלציה” פותחה כדי להסביר כיצד היקום עבר דרך תקופות של התרחבות מעריכית בתחילת חייו, והכפיל כל אדווה קטנה במבנה שלו, שהפכה כעת לגלעין של הגלקסיות הרארשונות.

ואולם כעת, האסטרופיסיקאי התאורטיקן תאנמאי וצ'פספאטי Tanmay Vachaspati באוניברסיטת שמורת קייס וסטרן באוהיו, מציע כי יתכן שהחלל מרושת ברשת של מחרוזות קלות בהרבה – קלות מכדי שהן תהיינה אחריות ישירות ליצרית הגלקסיות, שיתכן שנוצרו במהלך שינויי הפאזה בחומר האפל החבוי ביקום.

החומר האפל הוא חומר שאינו פולט שום אור ולפיכך לא ניתן לצפות בו ישירות ואולם באמצעות מעקב אחר השפעת הכבידה שלו על הכוכבים והגלקסיות, חישבו האסטרונוים כי הוא מרכיב כ-85% מהחומר ביקום.

ואצ'אספאטי מאמין כי המחרוזות עצמן עשויות מאנטי חומר ויכולות לפתור מסתורין קוסמיים. ב-2008 השתמשו פיסיקאים בלווין PAMELA (Payload for Antimatter Matter Exploration and Light-nuclei Astrophysics) ודיווחו כי ישנו עודף בלתי מוסבר של פוזיטרונים – תאומי האנטי-חומר של האלקטרונים. כמה מדענים הציעו כי ייתרן שהפוזיטרונים העודפים נוצרו כפסולת מהתנגשות בין חלקיקי חומר אפל, אך תצפיות עוקבות לא הצליחו לאשר את הרעיון. כאן נכנסת לתמונה תיאורית רשת המחרוזות של ואצ'אספאטי. אם החומר האפל מתקשר באורח רופף ביותר עם החלקיקים המוכרים, כתוצאה מהתחזית של המודלים המובילים, אזי סביר להניח שהמחרוזות מורכבות ממנו.” אומר האסטרופיסיקאי התיאורטיקת אלקס וילנקין באוניברסיטת טאפטס במסצ'וסטס.

במהלך הזמן, לולאות של המחרוזות הללו יתכווצו ויעלמו, ויאיידו את האנרגיה שלהם בהתנגשות עם חלקיקי חומר. לפי החישובים של ואצ'אספאטי, לולאות קורסות מהחומר הקל של במחרוזות ייצרו את הפוזיטרונים העודפים שנצפו בידי פאמלה.

מארק פירס, פיסיקאי חלקיקים במכון המלכותי לטכנולוגיה בשטוקהולם וחבר בצוות פאמלה, אמר כי קשה להעריך את המודל של ואצ'אספאטי בלי להכנס לתחזיות מפורטות יותר אודות הפוזיטרונים – כגון טווח האנרגיות שלהם – כדי להשוות את התחזית עם התצפיות של פאמלה. “יהיה גם צורך לבחון האם התחזיות של שטף של חלקיקים קוסמיים אחרים, כגון אנטי פרוטונים, מתאימים לנתונים הקיימים.” הוסיף.

עדויות נוספות לקיומם של המחרוזות הקוסמיות ניתן יהיה לגלות בניסויים על כדור הארץ. אם התיאוריה של ואצ'אספאטי נכונה, לולאות במחרוזות הללו צריכות להמצא גם בשביל החלב ומדי פעם גם להתנגש עם כדור הארץ. “האוקיאנוסים וכיפות הקרח דחוספים מספיק עבור לולאה כדי שזו תאבד במהירות את האנרגיה שלה כאשר היא מתנגשת, דבר שייצור קרני גאמא או קרינה אחרת”, סבור ואצ'אספאטי. הוא מציע כי הקרינה תתגלה בניסוי שיתוכנן ללכוד את הבזקי האור מנויטרינוז חולפים כגון IceCube המוקם מתחת לקוטב הדרומי ו- Antaresבים התיכון. יתכן שניתן יהיה לייצר את המחרוזות האפלות הללו במאיצי חלקיקים, הוא מוסיף.

קבוצה אחרת של פיזיקאים תיאורטיקנים טוענים כי גילו עדויות למחרוזות הקוסמיות מנתוני הלווין WMAP של נאס”א, שמיפה את שינויי הטמפרטורות בקרינת הרקע הקוסמית במשך כשמונה שנים. הקבוצה כוללת את מארק הינדמארש, פיסיקאי חלקיקים מאוניברסיטת סאסקס בבריטניה, שאמר כי התוצאות של ואצ'אספאטי ושל הקבוצה שלהם, הם חלק מתחיה נחרבת יותר של תיאורית המחרוזות הקוסמיות.

“אנשים מוכנים היום יותר להשתעשע ברעיון של המחרוזות הקוסמיות מאשר עד כה” אמר. “הוא מייחס מגמה זו להבנה ההולכת וגדלה כי המחרוזות הקוסמיות אינן מתחרות לתיאורית האינפלציה, אלא משלימות אותן. הוא גם העיר כי זמינות גבוהה יותר של יכולת מיחשוב נדרשת כדי לעדן את החישובים בתיאורית המחרוזות הקוסמיות.

וילנקין מוסיף כי האסטרופיסיקאים מקדישים כעת תשומת לב גדולה יותר למחרוזות משום שניתן לספק איתה תחזיות ברורות על ההשפעות שלה על גלי הכבידה ועל יצירת חלקיקים אנרגטיים. “טכניקות תצפיות הפכו מדויקות דין הן כדי לאתר את המחרוזות או כדי להטיל מגבלות על תיאוריות החלקיקים החוזות אותן” אמר.

למאמר בנייצ'ר (נדרש מנוי)