חוקרים מפראג פרסמו בכתב העת היוקרתי Physical Review Letters מודל חלופי לחומר האפל המבוסס על MOND שמצליח לנבא את קיומה של קרינת הרקע הקוסמית. מדובר בהישג משמעותי שמודל MOND כשל להסביר, ועל כך ספג את עיקר הביקורת נגדו. המחיר? שני שדות חדשים בטבע. כותבי המאמר מקווים בעתיד להוכיח את קיומו בעזרת טביעות האצבע הייחודיות של המודל על גלי הכבידה.
תורת הכבידה הנוכחית, או בשמה המוכר יחסות כללית, מוצלחת לאין שיעור. היא מתארת באלגנטיות את הדינאמיקה בין פלנטות, כוכבים, חורים שחורים וגלקסיות, את התפשטות היקום ואת גלי הכבידה. על אף ההצלחות, אי אפשר להתעלם מ"כשל" מרכזי שהעיב על דיוקה – אם לוקחים בחשבון את כלל החומר הנראה, את החומר האפל ואת הקרינה בחלל, היקום אמור להאט את קצב התפשטותו ולהתכווץ. ובכל זאת, תצפיות מראות שהיקום מאיץ את התפשטותו. נתונים אלו הניבו אלמנט חדש לטבע המכונה "אנרגיה אפלה" כדי שיחסות כללית תאפשר ליקום להתפשט בקצב מואץ. לצד האנרגיה האפלה הועלו כמה הסברים חלופיים המתקנים את תורת הכבידה במרחקים גדולים. תיקונים כבידתיים שכאלה אינם חדשים בספרות המדעית ומרוכזים בעיקר סביב קיומו של החומר האפל, בעיקר משום שאנחנו יודעים פחות על האנרגיה האפלה מאשר החומר האפל.
החומר האפל הוא הפתרון האהוב על פיזיקאים לאנומליות הכבידתיות בחלל. לצד הפופולאריות הגוברת, נוצרה עם השנים קהילה מצומצמת המסרבת לקבל את קיומו. קהילה זו הינדסה כמה מתחרים לחומר האפל כשהפופולארי שבניהם הוא MOND (מונד - דינאמיקה ניוטונית מתוקנת). תאוריית מונד נוסדה לפני יותר משלושים שנה על ידי חוקר ישראלי בשם מרדכי מילגרום בכדי להסביר את תנועת הכוכבים החגים סביב מרכז הגלקסיה. התומכים במודל מונד מציעים חלופה לתורת הכבידה הניוטונית בתאוצות הנמוכות מעשירית המיליארדית המטר לשנייה בריבוע ומצליחים להסביר כמה תצפיות חשובות מבלי להניח את קיומו של החומר האפל. אל מול ההצלחות, המודל נופל בחיזוי קרינת הרקע הקוסמית, תצפית חשובה שכל תורת כבידה חייבת לנבא. הרעיון של מילגרום לא הצית תחזיות חדשות אך באופן מפתיע, מודל מונד תקף כמעט בכל גלקסיה – עתיקה, צעירה, קטנה או גדולה.
מדוע החומר האפל פופולארי יותר ממונד?
החומר האפל נחשב כהסבר המועדף משום שהוא קונסיסטנטי עם יותר תצפיות מהחלל. מלבד קרינת הרקע הקוסמית, החומר האפל מסוגל להסביר גם את תופעת העידוש הכבידתי. תאוריית מונד לעומת זאת, אינה מסוגלת לתאר אף אחת מהתופעות שצוינו. בשנים האחרונות, התווספו על גבי מונד תיקונים יחסותיים שהצליחו להסביר את תופעת העידוש אך הקרינה הקוסמית נותרה מאחור. "אם התאוריה לא מסוגלת להסביר את קרינת הרקע הקוסמית, היא לא שווה דבר", ציין קונסטנטינוס סקורדיס, חוקר מהאקדמיה הצ'כית למדעים בפראג.
במהדורת חודש אוקטובר של המגזין היוקרתי PHYSICAL REVIEW LETTERS, סקורדיס ועמיתיו פרסמו מודל בהשראת מונד המסוגל להסביר את קרינת הרקע הקוסמית, את העידוש הכבידתי ואף את גלי הכבידה שהתגלו בשנים האחרונות (אתגר שמודל מונד המקורי כשל). המודל החדש מניח את קיומם של שני שדות הממלאים את המרחב המשפיעים על שדה הכבידה הקיים. שדה אחד הינו שדה סקאלרי, בדומה לשדה ההיגס, ושדה שני הוא שדה וקטורי, בדומה לשדה המגנטי בעל כיווניות מוגדרת בכל נקודה במרחב. החוקרים כיילו את השדות החדשים כך שהשפעתם על היקום המוקדם מדמה את החומר האפל. בזכות הכיול, החוקרים הצליחו לשחזר את קרינת הרקע הקוסמית בדומה לזו שנצפית בחלל.
סקורדיס מציין שהמודל שלו דומה לכל המודלים החילופיים לכבידה. בכל מודל שכזה, נדרשים החוקרים להוסיף שדות לטבע כדי שיוכלו להסביר את התצפיות. סקורדיס מודה שבשונה מהחומר האפל, המובסס על עיקרון פשוט ועל חוקי סימטריה, מודל מונד המשודרג לא נשען על עיקרון יסוד, אם כי עדין לא נאמרה המילה האחרונה.
"מדובר בפריצת דרך ממש", ציין הקוסמולוג סטייסי מקגו מאוהיו. "מדובר בהישג משמעותי. מודל מונד המשודרג מסוגל להסביר את קרינת הרקע הקוסמית ופנומנולוגיה של גלקסיות". הוא מוסיף ש"המודל החדש מבוסס על לא מעט פרמטרים חופשיים ולכן אני עדיין מעדיף את ההסבר הפשוט של החומר האפל". מקגו מדגיש שהחומר האפל לא מסוגל להסביר את כל התצפיות, למשל את שפע הליתיום או את התוצאות הסותרות מהניסויים השונים שמדדו את קצב התפשטות היקום. האם המודל של סקורדיס ועמיתיו יוכל לפתור שאלות אלו? עדיין אי אפשר לדעת. סקורדיס מתכוון בעתיד להשתמש במודל שלו כדי לבחון האם הוא חוזה טביעות אצבע ייחודיות בגלי הכבידה.
ולקוראים נזכיר שעל אף העדפה הברורה של אסטרופיזיקאים, קוסמולוגיים וחלקיקאים, ועל אף המאמצים הרבים לאתרו, החומר האפל טרם התגלה. אין זה אומר שהחומר האפל לא קיים, אבל ככל שמספר התוצאות השליליות גדל, כך גם הקושי בלהמציא שיטה חדשה שלא נוסתה בעבר.
עוד בנושא באתר הידען: