מחקר של פרופ' אבישי דקל מהאוניברסיטה העברית חשף את החומר האפל

מחקר שהוביל אסטרופיסיקאי מהאוניברסיטה העברית פותר תעלומה קוסמולוגית: החומר האפל האבוד נמצא בגלקסיות! * המחקר יתפרסם היום (חמישי) בכתב העת היוקרתי NATURE

המודל הקוסמולוגי המוסכם, המשמש בסיס למחקר המדעי על מבנה היקום והתפתחותו, מניח כי כל גלקסיה מאירה (המורכבת מכמאה מיליארד כוכבים הדומים לשמש) שוכנת בתוך כדור המכיל מסה גדולה פי עשרה ויותר של חומר אפל. החומר האפל אינו פולט אור, וטיבו המדויק אינו ברור, אך ניתן למדוד את כמותו באמצעות כוח המשיכה שהוא מפעיל על הכוכבים, המאיץ את תנועתם.

תקפותו של המודל הסטנדרטי הועמד בסימן שאלה משמעותי כאשר קבוצת אסטרונומים דיווחה במפתיע בכתב העת SCIENCE על תצפיות שמעידות לדעתם על העדר חומר אפל בגלקסיות “אליפטיות” (גלקסיות בעלות מבנה כדורי(. המדידות הראו תנועות איטיות במיוחד של כוכבים במרחקים גדולים ממרכזיהן של גלקסיות אליפטיות, בסתירה למהירויות הגבוהות שהיו צפויות לכאורה עקב כוח המשיכה הגרוויטציוני הנובע מחומר אפל רב.

הפתרון לבעיה הושג באמצעות ניתוח תיאורטי חדש אותו הוביל פרופסור אבישי דקל, אסטרופיסיקאי מהמכון לפיסיקה באוניברסיטה העברית בירושלים, שיתפרסם היום, יום חמישי, 29 בספטמבר, בכתב העת היוקרתי Nature. פרופ' דקל ועמיתיו מבהירים במחקר כי אותן תצפיות אינן סותרות את התמונה המקובלת אלא דווקא מתיישבות עם הימצאות חומר אפל בכמות גדולה גם בגלקסיות ה”אליפטיות”.

לדברי פרופ' דקל, חסר של חומר אפל בגלקסיות אליפטיות היה בלתי מובן משום שעל פי העדויות שבידנו גלקסיות אלה נוצרו על ידי התנגשויות והתמזגויות של גלקסיות “ספיראליות” (בעלות מבנה שטוח של כוכבים נעים בצורה של דיסקה, כגון “שביל החלב”). בגלקסיות ספיראליות קיומו של חומר אפל אינו מוטל בספק – מהירויות הסיבוב הגבוהות של הכוכבים סביב הגלקסיה מעידות על קיומו. “לאן יכול היה להעלם החומר האפל בעת ההתמזגויות של גלקסיות ספיראליות ליצירת גלקסיות אליפטיות?” שואל דקל.

דקל ועמיתיו ביצעו באמצעות מחשב-על הדמיות של התנגשויות של גלקסיות ספיראליות, בעלות חומר אפל רב. ההדמיות מראות שהמהירויות האיטיות לכאורה הן בעצם תוצאה של ההתנגשויות שיוצרות את הגלקסיות האליפטיות. ההדמיות נעשו במסגרת עבודת הדוקטור של תומס קוקס בהדרכתו של פרופסור ג‘ול פרימאק באוניברסיטת קליפורניה בסנטה קרוז, וניתוח ההדמיות נעשה על ידי פרופ' דקל ועמיתיו פליקס שטואר וגארי מאמון במכון לאסטרופיסיקה של פריס, שם מכהן פרופ‘ דקל בקתדרה הבינלאומית למחקר בלייז פסקל.

פרופ' דקל הסביר היום כי “התנועות המהירות נראות בטעות איטיות מפני שניתן למדוד בטלסקופ רק רכיב אחד של תנועת הכוכב: תנועת התקרבות או התרחקות שלאורך קו הראיה מהצופה אל הכוכב.

רכיב אחר של תנועת הכוכבים הוא שינוי מקום הכוכבים ביחס לכוכבים אחרים בשמים אך בשל המרחק הרב של הכוכבים לא ניתן למדוד רכיב זה של התנועה. אילו היו הכוכבים נעים בכוונים אקראיים היה המידע החלקי המתקבל על תנועה לאורך קו הראיה, מספיק להערכת מהירותם הכוללת של הכוכבים. אך לא כן אם הכוכבים נעים במסלולים ממרכז הגלקסיה החוצה וחזרה. במקרה כזה, מרבית הכוכבים שהצופה רואה במרחקים גדולים ממרכז הגלקסיה נעים על פני מישור השמים – הכוכבים אינם מתקרבים אל הצופה או מתרחקים ממנו, ולכן אין הצופה מבחין בתנועותיהם האמיתיות”.

התגלית החשובה של פרופ' דקל ועמיתיו, המתבססת על ההדמיות החדשות, היא שהכוכבים שנוצרו בעקבות התמזגויות של גלקסיות ספיראליות לא נעים במסלולים אקראיים אלא נוטים לנוע במסלולים מאורכים. ההדמיות הראו שכאשר הגלקסיות המתנגשות חולפות האחת דרך השנייה, כוחות המשיכה החזקים קורעים את הכוכבים ממסלוליהם המקוריים וזורקים חלק מהם מן המרכז החוצה לאורך מסלולים מאורכים.

“מסקנתנו היא שהמדידות המפתיעות לכאורה בעצם מתיישבות עם המודל הקוסמולוגי המוסכם המניח קיומו של חומר אפל. בכך הוסרה בעיה מרכזית שהטרידה את הקוסמולוגים,” מסכם דקל. “הנתונים שהתקבלו מהתצפיות מאששים את התיאוריה שיש חומר חשוך גם בגלקסיות אליפטיות ושגלקסיות אלו נוצרו על ידי התמזגויות של גלקסיות ספיראליות. מחקר זה מאפשר לנו להבין טוב יותר את תהליכי ההיווצרות של הגלקסיות, ובפרט את התפקיד החשוב של התנגשויות בין גלקסיות בהתפתחות המבנים ביקום”.