פיצוח סודות החומר האפל באמצעות גלקסיות מעוקמות

חוקרים מודדים את מהירות ומסת החומר האפל על ידי חקר גלקסיות מעוקמות המושפעות מחיכוך דינמי שגורם החומר האפל

איך אפשר למדוד את מהירות החומר האפל? דרישת הקדם היא למצוא גלקסיה ביקום שנעה יחסית לחומר האפל. היות שכל דבר ביקום נמצא בתנועה ויש הרבה מאוד חומר אפל, לא קשה למצוא גלקסיות כאלה.

עצמים כבדים, כמו גלקסיות, מושכים חומר מכל הסוגים, חומר אפל וגם חומר נראה שאנו פוגשים כל יום. כשחומר אפל נע על פני גלקסיה, הגלקסיה מתחילה למשוך את חלקיקי החומר האפל אליה. אבל שינוי כיוון המהירות של חלקיקי החומר האפל לוקח זמן. לפני שמסלולם מתעקם לעבר הגלקסיה, הם כבר מצליחים לעבור אותה.

לכן חלקיקי החומר האפל לא נכנסים לגלקסיה, אלא נעים מאחוריה (ראו סרטון להלן). מאחורי הגלקסיה, לכן, צפיפות החומר גדלה, וזה גורם להאטה של הגלקסיה – תופעה בשם חיכוך דינמי. חוזק החיכוך הדינמי תלוי במהירות המעבר של חלקיקי החומר האפל על פני הגלקסיה, כלומר כמה זמן יש לגלקסיה לשנות את המסלול של חלקיקי החומר האפל. כשהחלקיקים עוברים לאט, צפיפות החומר גדלה קרוב יותר לגלקסיה, וגורמים לה להאט יותר.

איור 1. חיכוך דינמי. החלוניות מציגות אזורים דלילים של היקום בצבע כהה ואזורים צפופים בצבע בהיר. החלוניות למעלה מראות את הצפיפות סביב הגלקסיה אם כבידת הגלקסיה מכופפת (משמאל) או לא מכופפת (מימין) את המסלולים של חלקיקי החומר האפל. החלונית למטה מראה את השוני ביניהן, או איך הגלקסיה משפיעה על הפיזור של החומר האפל. החיצים מייצגים את התאוצה שגורמת צפיפות היתר מאחורי הגלקסיה, שבגללה החיכוך במרכז הגלקסיה מופחת. היות שלחיצים כיוון וחוזק שונה באזורים שונים, כוחות הגאות מצליחים לשנות את צורתה של גלקסיה. קרדיט: Rain Kipper

נניח שהגלקסיה שגורמת לחיכוך הדינמי היא לא קטנה אלא גדולה. במקרה הזה, צפיפות היתר מאחוריה יוצרת חיכוך בחוזק שונה בנקודות שונות בגלקסיה כפי שמראה איור 1. בגלל ההבדל בחיכוך הגלקסיה מעקומת יותר. אנו חווים שינוי דומה בצורת כדור הארץ כמחזורי גאות ושפל הנגרמים על ידי הכבידה של הירח.

הגודל של חלקיקי החומר האפל אינו רלוונטי בסופו של דבר  - המסלול שלהם עדיין מתעקם מאחורי הגלקסיה. אם גודל החלקיקים היה בר-השוואה לגלקסיות עצמן השיטה אולי לא הייתה מפיקה תוצאות מדויקות. אבל המודלים האלה של החומר האפל כבר לא נכללים.

למאמר המדעי