שמעתם פעם את הביטוי "חומר אפל"? (באנגלית: Dark Matter).
זה נשמע מפחיד, מאיים ומוזר. איך אתם מדמיינים את זה? אולי זה גז שחור? אולי זה בוץ נוזלי, שחור כמו נפט, שבולע כל שנקרה בדרכו?
במציאות… אף אחד לא יודע באמת יודע, מהסיבה שהוא לא נראה, כלומר אפל.
ב1933 הפיסיקאי פריץ צוויקי (Fritz Zwicky) הסתכל על גלקסיות וניסה לבדוק אם הן זזות לפי דפוס מסוים. בהתחלה, הוא רצה לחשב מה המסה שלהן על מנת שיוכל להשיג נתונים בנוגע לתנועה שלהן בחלל.
מכיוון שכל חומר שאנחנו מכירים פולט קרינה, בני האדם מודדים את הקרינה הנפלטת מחומרים כדי למדוד את המסה שלהם. שימוש במדידות קרינה שחומר פולט עבור חישובים שונים נחשבת כיום ליעילה במיוחד עבור חומרים שקופים כמו אוויר, וחומרים שאנחנו לא מסוגלים לראות כמו גלי אור באורכי גל מסוימים.
לכן, על ידי חישוב הקרינה שנפלטת מהאור שהגלקסיות פולטות הוא חישב את המסה שלהן.
לאחר מכן חישב פריץ, בעזרת נוסחאות תנועה, את המהירות והכיוון העתידית של תנועת הגלקסיות, אך נתקל במשהו מוזר… כל הגלקסיות שהוא מדד זזו בפועל כאילו הן שקלו פי 4 ממה מהתוצאות שהתקבלו בחישובים. בבדיקות חוזרות ונשנות, נתקלו החוקרים באותה תופעה מוזרה – ישנו פער בין המסה שאנחנו מודדים עם אור, לבין המסה שמשפיעה על התנועה.
המסקנה- אם הוכחנו שלפי הנוסחאות הכל מדיד (מהירות, תאוצה, וכו') והבעיה מתגלה בחלק של המסה בלבד, אז כנראה שהמסה שמדדנו בעזרת אור שגויה, והמסה האמיתית היא אכן פי 4 מהצפוי.
אז למה אנחנו מיישבים את הבעיה עם המסה, או לכל הפחות, מודדים אותה?
הרי גם דברים שקופים כמו מים, ואוויר פולטים קרינה (מועטה ככל שתהיה), לכן אותם אפשר למדוד.
אז למה אנחנו לא מודדים את החומר החסר הזה?
פריץ צוויקי התייחס לבעיה הזאת כשהעלה את הרעיון לפיו יש "חומר חסר" או "חומר אפל" שאינו פולט קרינה, כלומר, חומר שאין לו אינטראקציה עם קרינה- ולכן אין לנו כיום כלים למדוד אותו.
מה המשמעות של חומר חסר אינטראקציה עם קרינה?
זה משהו שאם אחזיק ביד, ואאיר עליו עם פנס, לא אראה כלום. אם אנסה למדוד את האור שהוא פולט אני אגלה שהוא לא פולט שום אור ולא בולע אור. הוא אינו מושפע או משפיע מאור, הוא חסר צבע וגם שקוף. הלכה למעשה- הוא פשוט בלתי נראה. פשוט "חומר" (אם בכלל אפשר להגדיר אותו כך) שנמצא במרחב ואי אפשר להשתמש במדידות שקשורות לאור כדי לבדוק אותו.
אז איך יודעים שהוא שם?
החומר הזה כן עושה דברים שהייתם מצפים שחומר בעל מסה יעשה. כשלדבר מה יש מסה, הוא הוא משפיע על המרחב באופן שמעקם מעט את האור שסביבו (תופעה שנקראת Gravitational Lensing ובעברית: "עידוש כבידתי").
ותצפיות הוכיחו שהתופעה הזאת אכן מתרחשת. יתרה מכך- אפשר אפילו לצפות בחלל באזורים שבהם הצפיפות של החומר האפל הזה יותר גדולה, ואזורים שבהם הצפיפות יותר נמוכה.
בנוסף לכך, על פי חישובים נוספים- אם לא היה שום חומר אפל בגלקסיות, כל הכוכבים, הערפיליות והאבק שממוקמים בשוליים של הגלקסיות, היו עפים החוצה בגלל הצנטריפוגליות שבתנועה מעגלית. אולם הם נשארים במקום, כתוצאה מכמות גדולה של מסה.
אז מה זה בדיוק? אנחנו לא יודעים, אבל בגלל התכונות הללו, החלטנו לקרוא לזה "חומר אפל".
אולי אין בזה שום דבר אפל ומוזר, והבעיה היא רק בהבנה שלנו וביכולת שלנו למדוד דבר טבעי ורגיל שקורה בכל היקום?
עד שנגלה, נשאר לנו רק לתהות מה זה יכול להיות, האם יש לזה טעם, ריח או מרקם? ומה קורה אם שופכים על זה צבע ירוק, או מנערים את זה קדימה ואחורה? השאלות הללו הן סיבה טובה לטוס לחלל ולנסות לגלות.
