מחקר ישראלי מצא הוכחה מוחשית ראשונה לקיומו של החומר האפל ביקום

חוקר ישראלי מאוניברסיטת תל אביב, פרופ' רנן ברקנא, פירש אות מפתיע של גלי רדיו מהיקום הקדום: ההסבר היחיד הוא אינטראקציה של אטומי מימן עם החומר האפל – מהתעלומות הגדולות של חקר היקום

תבנית של גלי הרדיו בשמיים שנוצרת מהשילוב של קרינה מהכוכבים הראשונים והשפעת החומר האפל. האזורים הכחולים הם אלה שבהם החומר האפל קירר במיוחד את החומר הרגיל. מקור: פרופ' רנן ברקנא.
תבנית של גלי הרדיו בשמיים שנוצרת מהשילוב של קרינה מהכוכבים הראשונים והשפעת החומר האפל. האזורים הכחולים הם אלה שבהם החומר האפל קירר במיוחד את החומר הרגיל. מקור: פרופ' רנן ברקנא.

קהילת האסטרונומיה בעולם גועשת בימים אלה בעקבות גילוי כפול, מפתיע במיוחד: ראשית, קליטה ראשונה של גלי רדיו מתקופה עלומה בתולדות היקום הקדום, בה החלה היווצרות הכוכבים והגלקסיות; ואולי חשוב מכך: תכונותיהם המפתיעות של גלי הרדיו שנקלטו שופכות אור על תעלומה גדולה נוספת – קיומו של החומר האפל.

ההסבר כי ממצאיו המפתיעים של טלסקופ הרדיו מהווים עדות ממשית ראשונה לקיומו של חומר אפל ניתן על ידי פרופ' רנן ברקנא, ראש החוג לאסטרונומיה בבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב. המאמר התפרסם בכתב העת היוקרתי Nature בפברואר 2018.

"חומר אפל הוא חומר שאיננו יכולים לצפות בו באופן ישיר, כמו שאנו צופים בעולם הפיזי הסובב אותנו, הכולל חלקיקים ואטומים, וגם כוכבים וגלקסיות," מסביר פרופ' ברקנא. "עד היום, העדות היחידה לקיומו של חומר אפל הייתה כוח הכבידה שהוא מפעיל, שמסביר מגוון תופעות ביקום. לדוגמה: כוחות כבידה גורמים לגלקסיה שלנו, שביל החלב, להסתובב כספירלה במהירות עצומה. אך מאסת החומר הנצפה והנמדד בגלקסיה אינה מספיקה כדי להסביר מהירות כה גבוהה. ההנחה היא שהמאסה החסרה היא חומר אפל. למעשה, על פי חישובי האסטרונומים, החומר האפל מהווה יותר מ-80% מכלל החומר ביקום, וחוקרים בכל העולם מנסים לגלות הוכחות ממשיות לקיומו."

התגלית המתפרסמת כעת החלה בקליטת אות גלי רדיו בטלסקופ הרדיו EDGES שבאוסטרליה, במסגרת מחקר שערכו חוקרים מאוניברסיטת אריזונה סטייט בארה"ב. "טלסקופים כאלה נועדו לקלוט אותות רדיו מהיקום הקדום", אמר פרופ' ברקנא. "על פי אורך הגל, אנחנו יודעים מאיזו תקופה הוא הגיע בתולדות היקום. האות המסוים הזה הינו הראשון שהגיע אלינו מעידן מסקרן, שאנו יודעים עליו מעט מאוד: העידן שבו החלו להיווצר כוכבים וגלקסיות, לפני 13 וחצי מיליארדי שנה. עם זאת, האות שנקלט התאפיין בנתונים מפתיעים, שעוצמתם גדולה משמעותית מהצפוי, והחוקרים תהו מדוע. הם הפנו את השאלה הזאת אליי".

פרופ' ברקנא העריך כי המדידה המפתיעה של אות הרדיו קשורה לטמפרטורה של אטומי המימן שריחפו בחלל באותו עידן קדום. מדובר בטמפרטורה קרה מאוד, של כ-10 מעלות מעל האפס המוחלט, כלומר מינוס 263 מעלות צלסיוס – מכיוון שהשמשות (הכוכבים) וקרינתן המחממת עדיין לא נוצרו. אותם אטומי מימן בלעו אותות רדיו שמקורם בקרינה הקוסמית, וככל שהיו קרים יותר, כך עלתה רמת הבליעה. טלסקופ גלי הרדיו, שקולט היום את האותות הקדומים, מודד למעשה את אותה בליעה.

"עוצמת בליעת אות הרדיו שנקלט העידה כי טמפרטורת המימן באותו עידן קדום הייתה נמוכה אף יותר מהמינימום שנחשב לאפשרי עד כה," אומר פרופ' ברקנא. "הדרך היחידה להתקררות נוספת היא העברת אנרגיה – לחומר שהוא קר עוד יותר. והמועמד היחיד לקליטת האנרגיה העודפת מאטומי המימן הוא החומר האפל – שהטמפרטורה שלו ביקום הקדום הייתה קרובה עוד יותר לאפס המוחלט." כך מוכיחה התגלית שהחומר האפל אכן קיים, ויותר מכך, שהוא מורכב מחלקיקים – שהתנגשו עם אטומי המימן וקלטו מהם אנרגיה. בניגוד להשערות קודמות, חלקיקים אלה הם ככל הנראה חלקיקים קלים, שאינם כבדים בהרבה מאטומי המימן.

מסכם פרופ' ברקנא: "המחקר בנושא קליטת ופיענוח גלי רדיו מהיקום הוא תחום פעיל ומתפתח. נכון להיום נבנים בעולם טלסקופי רדיו משוכללים יותר, במיוחד ה-SKA, שיהיה מערך טלסקופי הרדיו הגדול בעולם. אנחנו מאמינים שבאמצעותם נוכל לקלוט גלי רדיו נוספים המעידים על קיומו של החומר האפל, ואני מנבא שתהיה להם תבנית מובהקת, שניתנת לזיהוי מיידי. אין ספק שצפויות לנו עוד הרבה תצפיות ותגליות מרתקות!"

למאמר בכתב העת Nature

ראו עוד בנושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

168 תגובות

  1. לכולם
    ביום שישי 13.4.2018 בבוקר יערך הכנס השנתי של האגודה הישראלית לאסטרונומיה יהיו מספר הרצאות מעניינות ובינהן ההרצאה בנושא בו אנו דנים כאן:
    החומר האפל והכוכבים הראשונים בייקום // פרופ' רנן ברקנא – ראש החוג לאסטרופיזיקה, בית הספר לפיזיקה, אוניברסיטת תל-אביב
    ובנוסף הרצאה: כששני כוכבי ניוטרונים נפגשים // מר אילן מנוליס – מכון ויצמן למדע
    ועוד. אני אהיה שם.
    הכנס יערך בפלנתניה – פלנטריום נתניה. כתובת: שדרות בן גוריון 168, נתניה. במקום חניה חופשית.
    ניתן להגיע בהסעה או באופן פרטי.

    פרטים:
    האגודה הישראלית לאסטרונומיה
    http://www.astronomy.org.il

  2. יהודה
    לדעתי, אתה לא רוצה, או לא מסוגל, להבין מה לא בסדר בגישה שלך. יש לך רעיון (לא מקורי) שלא מתאים למציאות, ואפילו מכיל סתירה פנימית.

    אתה לא מוכן ללמוד או לנסות להבין. אני טוען שיש סתירה מהותית במה שאתה אומר למה שאנחנו יודעים, ואתה ממציא תירוצים.

    האם לדעתך יש טעם לדבר איתך?

  3. יהודה,
    כי כתבת שאתה רוצה לשנות את הנוסחא: "יחסות המחוברת לנוסחה שונה מזו של ניוטון"
    זה לא אפשרי

  4. ניסים היקר
    אתה תסכים איתי שבמרחב כבר קיימים המוניי חלקיקים מבלי להפריע לייחסות הכללית. (לדוגמא- נטרינים, היגס בוזונים, גרביטונים, קרניים קוסמיות למיניהן ועוד המוני פוטונים ועוד)
    למה אם אני מוסיף למרחב את חלקיקיי הפושינג גרביטי זה כבר יבטל את הייחסות?, מה רע בהם?
    האם בגלל זה שהם מייצרים גרביטציה? לגרביטונים מותר לפושינג אסור??
    אני חושב שאתה טועה. וברור לי שתורת הייחסות תוכל לחיות גם עם חלקיקיי הפושינג גרביטי.
    יום טוב ניסים
    יהודה
    http://yekumpashut.freevar.com/

  5. יהודה
    אתה כל הזמן מדבר על השיטה המדעית, אבל כאן אתה מתכחש לה:

    אני מנסה להראות איפה התיאוריה שלך סותרת את ההסברים המוצלחים שיש לנו.

    ואתה מתעקש להראות שיש נקודה אחת שדווקא אולי יש התאמה.

  6. יהודה
    צריך להבחין בין שני דברים.
    תורת היחסות הפרטית אומרת שמהירות האור קבועה בכל מערכת תנועה. היא לא קובעת מהו הערך של המהירות הזו.

    תורת היחסות הכללית מספקת הסבר לכבידה. הכבידה לא מתפשטת במרחב – היא תכונה של המרחב.

    התיאוריה שלך פוסלת, להבנתי, את ההסבר הזה.

  7. ניסים היקר
    אני מנסה לצמצם את הבעייה כדי להגיע למסקנות, ואתה משום מה, מנסה להתפרס על עוד ועוד נושאים.
    השאלה שלי פשוטה:- האם זה שאני קובע שקיים גורם במרחב המפריע להתקדמות הגרביטציה, האם בגלל זה ניסוי מייקלזון מורלי כבר לא יראה מהירות אור זהה לכל כיוון ולכן לא תתפתח תורת הייחסות??, ההפרעה היא מאוד זעירה. לי לא ניראה שזה ימוטט את תורת הייחסות. כלומר תורת הייחסות תתקיים גם אם פתאום תיווצר במרחב הפרעה שתפגום בגרביטציה הנוצרת.זה לא קשור לדעתי על החומר האפל וזה לא קשור לתורת הקוונטים או איך מוגדר החומר. ואל תשים לי מילים בפה. אני לא פוסל שום תיאוריה. אני פשוט טוען שאין כל הוכחה שהגרביטציה נעה עד אינסוף על פי ריבוע המרחק.
    בלי הפרעה.
    לגבי האור למשל תמיד לוקחים בחשבון את עכירות המרחב בו הוא נע, למה שלא תהיה עכירות כנ"ל לגרביטציה??
    ניסים אל תסטה מהנושא, ואל תתפשט למיקרים אחרים.
    האם הנוסחה שלי תהרוס את היחסות או היחסות תוכל להתקיים עימה?.
    לילה טוב
    יהודה
    http://yekumpashut.freevar.com/

  8. יהודה
    אם למרחב יש תכונות, איך זה משפיע על החלקיקים שלך? ובכלל, למה צריך להוסיף להסבר את החלקיקים? רק בגלל החומר האפל? לזרוק את כל הפיסיקה המודרנית לפח, כי עדיין לא "מצאו" את החומר האפל?

  9. יהודה
    אתה בעצמך אמרת שנוסחת ניוטון היא תוצאה אמפירית, אז בבקדה בוא נעזוס אותה – היא אינה מסבירה את הכבידה.

    תורת היחסות טוענת שהכבידה היא תוצאה של זה שיש למרחב תכונות. אתה טוען שהכבידה היא תוצאה של התנגשויות חלקיקים.

    תורת היחסות אינה מסבירה מה מקור המסה, ואתה טוען שהחלקיקים שלך כן מסבירים את מסה. כדי להסביר את מקור המסה צריך את תורת הקוונטים.

    כלומר – אתה פוסל את שתי התורות המוצלחות בהסטוריה של המדע.

  10. צר לי להעכיר את השמחה, אבל יש תורה שכושלת להסביר אפילו את צבע האור של נורה פשוטה: מודל האתר ההידרודינמי של מקסוול.

    גרוע מכך, אפילו ישראל חושב שהיא לא נכונה, ומחפש איך לתקן אותה – והוא פסימי: -)

  11. יהודה,
    הפוך גוטה, הפוך
    הנושא אינו קדוש אלא להפך. הושקעה בו מחשבה רבה. אתה מוזמן לנסות להרוס מה שבא לך אבל יש לכך השלכות. לדעתי החמצת לגמרי את הפואנטה הזו. ניוטון כתב את הנוסחא אבל מבלי לספק הסבר למעריך 2. 2 התאים לתוצאות אבל גם 2.000001 היה מתאים לתוצאות. ה- 2 אצלו אינו קדוש בכלל. בתורת היחסות הריבוע אינו שם בגלל שזה מתאים לתוצאות אלא כי מתחייב מההנחות של המודל. אם אתה משנה את ה- 2, אתה הורס את המודל. מהמודל הזה בין היתר נגזר המשוואה המקשרת בין מסה לאנרגיה. אז אם אתה משנה את הריבוע, אתה מאבד את הקשר בין מסה (במנוחה או בתנועה!) לאנרגיה.

    לכך התכוון אלבנטזו כשכתב לך, בהמשך למשל שלך, שאם תהרוס את הבניין הזה, אתה תהרוס את כל השכונה. הכל קשור זה לזה באופן מאוד הדוק. מבנה אינטלקטואלי מהמם שלקח מאות שנים לבנות

    אנסה למצוא לך את היוטיוב של ווינברג

  12. ניסים היקר
    איפה ראית שאני טוען שלמרחב אין תכונות יחסותיות??, לא אמרתי את זה באף מקום! למרחב יש תכונות כמסקנה מניסוי מיקלזון מורלי, כל מה שאני אומר שההנחות שלי לא אמורות לפגום בניסוי מייקלזון מורליי כלומר, בהנחות הייחסותיות של המרחב ובוודאי לא למרחקים קטנים יחסית עד לכמה אלפי יחידות אסטרונומיות! טענתי שהשינויים הקטנים שעשיתי בנוסחת ניוטון לא מונעים את חישוב הייחסות במרחקים קטנים, כל מה שאני צריך לעשות הוא לראות כיצד לבנות את היחסות כך שהנוסחה שלי תנבע ממינה. במרחקים קטנים אונידמה לי שאלבנזו קרא לזה "שדה חלש"
    מעניין אם זה ניתן להעשות. יש לי תעסוקה לחג.
    לשמוליק
    שלח לי לינק שוב לוינברג, אני חייב לראות מהיכן נובע שנוסחת נוטון היא קדושה ואלוהית ואסור לבצע בה כל שינוי חוץ מ G ??
    יום טוב
    סבדרמיש יהודה

  13. יהודה
    תורת היחסות הכללית טוענת לשני דברים – קביעות c ושקילות מערכות ייחוס. התיאוריה שלך מסתדרת עם זה, להבנתי.

    תורת היחסות הכללית, בכלל לא קשורה ליחסות (זה שם לא מוצלח במיוחד לדעתי). אלא, זהו הסבר לכבידה, כתכונה של המרחב שמושפעת מכמות המסה והאנרגיה בתוכה. בפרט, בתנאים מתאימים, היא תואמת למשוואת ניוטון.

    התיאוריה שלך שונה בתכלית מההסבר הזה. אתה טוען שלמרחב אין תכונות, איינשטיין טוען שיש. זהו.

  14. יהודה,
    כתבתי תשובה שבגדול אומרת שלהבנתי ג'י הוא קבוע ואפשר לשחק איתו אבל מן הסתם יש הגבלות תצפיתיות על ערכו אך עם החזקה לא ניתן לשחק (לפי ווינברג) בשום צורה שהיא אלא שהיא במרתפים

  15. ניסים
    אז זהו בדיוק מה שאני רוצה לברר. האם שינוי סתמי שישנה את נוסחת הגרביטציה של ניוטון באופן זעיר, יחייב מיד למוטט את כל המסקנות שנובעות מתורת הייחסות? יחייב "למנוע" מניסוי מיקלזון מורליי את מסקנותיו הייחסותיות?? למה אם אני אומר שלדעתי יש הפרעה להתקדמות הגרביטציה במרחב, הפרעה זעירה, זה ימוטט את תורת היחסות וניסוי מיקלזון מורליי??. מתי ההפרעה היא מספיק זעירה כדי שזה לא ימוטט?,
    במילים אחרות מתי השינוי בנוסחת ניוטון יהיה מספיק זעיר כדי שלא לפגום בכל הדברים שאמרת:-
    " התכווצות האורך, התקצרות הזמן, התארכות הזמן (בשדה כבידה), וכן הלאה"??.
    אמרת ניסים שהבעייה שלי לא קשורה למהירות האור, אני מאמין שהיא לא קשורה גם לגודלו של קבוע הגרביטציה G , אז למה היא כן קשורה??
    אולי זאת שאלה קשה מידי??
    נא אשמח לקבל תגובה גם מאחרים. תודה.
    שבוע טוב
    יהודה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן