חורים אלה, שהם שרידים תאורטיים מהיקום המוקדם, עשויים להיות ניתנים לזיהוי בכל עשור כשהם עוברים דרך מערכת השמש, ומציעים דרך חדשה לחקור את החומר האפל החמקמק
ייתכן שניתן לזהות חורים שחורים ראשוניים, שהיו פעם תיאורטיים בלבד, דרך השפעתם על מסלול מאדים, ובכך לספק שיטה חדשה לחקור את החומר האפל, שמרכיב את רוב מסת היקום אך נשאר ברובו בלתי-נראה.
צפייה בשינויים במסלול של מאדים לאורך זמן עשויה להיות דרך חדשה לזהות חומר אפל חולף.
החומר האפל, שעשוי להיות בצורה של חורים שחורים ראשוניים, עשוי לגלות את נוכחותו דרך השפעות עדינות על מסלולו של מאדים. חורים אלה, שהם שרידים תאורטיים מהיקום המוקדם, עשויים להיות ניתנים לזיהוי בכל עשור כשהם עוברים דרך מערכת השמש, ומציעים דרך חדשה לחקור את החומר האפל החמקמק.
הבנת חומר אפל: תאוריות וניסויים
אסטרונומים ממשיכים לנסות ולפענח את טיבו של החומר הבלתי נראה המהווה לפי ההשערות כ-80% מהחומר ביקום. לפי תאוריה אחת, החומר האפל מורכב מחלקיקים מסיביים חלשים באינטראקציה, בעוד שלפי תאוריה אחרת, ישנם חלקיקים תת-אטומיים בשם אקסיונים – חלקיקים תת-אטומיים תאורטיים שהוצעו לראשונה בשנות ה-70 כדי לפתור בעיה מסוימת בתורת הכוח הגרעיני החזק, הנקראת בעיית CP. הם נחשבים מועמדים פוטנציאליים להסביר את החומר האפל.
פיזיקאים פרסו גלאים על כדור הארץ כדי לנסות וללכוד את החומר האפל ולזהות את תכונותיו. ברוב המקרים, תצפיות אלה מניחים שהחומר האפל קיים כצורה של חלקיק אקזוטי שעשוי להתפזר ולהתפרק לחלקיקים ניתנים לצפייה כשהוא עובר דרך גלאי נתון אך עד כה, חיפושים מבוססי-חלקיקים אלה לא צלחו.
איור של אמן מתאר חור שחור ראשוני (משמאל) שעובר ליד מאדים ומערער זמנית את מסלולו (מימין), כששמש ברקע. מדענים מ-MIT אומרים שהפרעה כזו יכולה להיות ניתנת לגילוי בעזרת המכשירים של היום.
חורים שחורים ראשוניים: צורה חדשה של חומר אפל
כעת, מחקר חדש שנכתב בשיתוף פעולה עם שרה גלר, פוסט-דוקטורנטית במכון לפיזיקת חלקיקים בסנטה קרוז, מעלה מה שכבר הוצעה לראשונה לפני יותר מחצי מאה, שחומר אפל עובר דרך מערכת השמש שלנו בערך פעם בעשור. הצורה הזו, הידועה כחור שחור “ראשוני”, עשויה לגרום לרעידה במסלולו של מאדים בתנאי שמכשירי הטכנולוגיה של היום יכולים לגלות אותה.
התאוריה מאחורי החורים השחורים הראשוניים, שהוצגה לראשונה בשנות ה-70, גורסת שחומר אפל עשוי להתקיים בצורה מיקרוסקופית שנגרמת מקריסת כיסי גז צפופים ביקום הקדום מאוד. על כן, החורים השחורים הראשוניים האלה היו צריכים להיווצר ברגעים הראשונים שאחרי המפץ הגדול, ולהתפזר ברחבי היקום כאשר היקום התפשט והתקרר.
בניגוד לחורים שחורים אסטרופיזיקליים שנוצרים מקריסת כוכבים ישנים, תיאורטיקנים אומרים שחורים שחורים ראשוניים הם תוצאה של קריסה של כמות עצומה של מסה לחלל זעיר. ועל אף שהם לא עשויים מחלקיקים, רוב החורים השחורים הראשוניים האלה יכולים להיות קטנים כמו אטום אחד וכבדים כמו האסטרואידים הגדולים ביותר. ניתן להניח, אם כך, שענקים זעירים כאלה יכולים להפעיל כוח משיכה שיכול להסביר לפחות חלק מהחומר האפל.
חקר חורים שחורים ראשוניים דרך סימולציות של מערכת השמש
“חורים שחורים ראשוניים אינם חלק ממערכת השמש. אלא, הם זורמים דרך היקום, ויש להם “חיים” משלהם,” אמרה גלר. “ההסתברות היא, שהם עוברים דרך מערכת השמש הפנימית באיזושהי זווית, בערך פעם בכל 10 שנים.”
גלר היא בוגרת MIT, שם התמקדה מרבית הזמן במחקר הזה. הצוות שם יצר סימולציה פשוטה יחסית של מערכת השמש, הכוללת את המסלולים והאינטראקציות הכבידתיות בין כל כוכבי הלכת, וחלק מהירחים הגדולים ביותר. ואז, הם חישבו את מספר הפעמים המשוער שחור שחור ראשוני אמור לעבור דרך מערכת השמש—בהתבסס על כמות החומר האפל שצפוי להתקיים באזור נתון והמסה של חור שחור שעובר.
במקרה זה, הם הניחו שהוא מסיבי כמו האסטרואידים הגדולים ביותר במערכת השמש, בהתאם למגבלות אסטרופיזיקליות אחרות. החוקרים הריצו סימולציות של חורים שחורים במסת אסטרואידים שונים חוצים את מערכת השמש, מכיוונים שונים ובמהירויות של כ-150 מייל לשנייה. (הכיוונים והמהירויות מבוססים על נתונים ממחקרים אחרים על פיזור החומר האפל בגלקסיה שלנו.)
זיהוי חורים שחורים ראשוניים: רעידת המסלול של מאדים
הם התרכזו במעברים קרובים, או במקרים שגרמו לאפקט כלשהו על אובייקטים סביבם. הם מצאו במהירות שכל אפקט על כדור הארץ או הירח היה לא מספיק ברור מכדי לקשור אותו לחור שחור מסוים. אבל מאדים נראה כאילו מספק תמונה ברורה יותר.
החוקרים גילו שאם חור שחור ראשוני היה עובר במרחק של כמה מאות מיליון מיילים ממאדים, המפגש היה גורם לרעידה קטנה במסלול של מאדים. תוך כמה שנים ממפגש כזה, היה המסלול של מאדים צריך לזוז במעט, בכמטר אחד. זו רעידה קטנה ביותר, בהתחשב בכך שהכוכב נמצא במרחק של יותר מ-140 מיליון מיילים מכדור הארץ. ועם זאת, רעידה זו יכולה להיות מזוהה על-ידי המכשירים המדויקים שמנטרים את מאדים כיום.
אם רעידה כזו תזוהה בעשורים הקרובים, החוקרים מכירים בכך שתידרש עדיין הרבה עבודה כדי לאשר שהדחיפה הגיעה מחור שחור חולף ולא מאסטרואיד רגיל.
סיכום על מחקר חומר אפל
“אנחנו צריכים כמה שיותר הבנה לגבי רעשי הרקע הצפויים, כמו המהירויות והפיזור של סלעי חלל רגילים, לעומת החורים השחורים הראשוניים האלה,” אמר דייויד קייזר, פרופסור לפיזיקה ופרופסור להיסטוריית המדע ב-MIT, שותף למחקר. “למזלנו, אסטרונומים עוקבים אחרי סלעי חלל רגילים במשך עשורים, כשהם חוצים את מערכת השמש שלנו. כך אנחנו יכולים לחשב את התכונות הטיפוסיות של המסלולים שלהם ולהתחיל להשוות אותם לסוגי המסלולים והמהירויות השונים מאוד של חורים שחורים ראשוניים.”
כדי לעזור בכך, החוקרים בוחנים את האפשרות לשותפות חדשה עם קבוצה שיש לה מומחיות רבה בסימולציה של גופים רבים במערכת השמש. “אנחנו כעת עובדים על סימולציה של מספר רב של גופים, מכוכבי לכת ועד ירחים וסלעים, ואיך הם נעים על פני תקופות זמן ארוכות,” אמרה גלר. “אנחנו רוצים להוסיף תרחישים של מפגשים קרובים, ולבדוק את ההשפעות שלהם בדיוק רב יותר.”
עוד בנושא באתר הידען:
תגובה אחת
…ואחרי 13 ומשהו מיליארד שנה מאז המפץ הגדול הם לא ספחו חומר וגדלו למימדים שאפשר לזהות אותם בקלות?