מחקרים אחרונים מצביעים על כך שצורות פשוטות של חומר מהיקום המוקדם עשויות להיות ניתנות לזיהוי באמצעות גלי כבידה, מה שיכול גם להסביר את טבעו של החומר האפל. קרדיט: twoday.co.il.com
מחקרים אחרונים מצביעים על כך שצורות פשוטות של חומר מהיקום הקדום עשויות להיות ניתנות לזיהוי באמצעות גלי כבידהמה שיכול גם להסביר את טבעו של החומר האפל.
ממצאים אלה מציעים פריצת דרך פוטנציאלית הן בזיהוי גלי כבידה והן בזיהוי מרכיבי החומר האפל.
גלי כבידה, אדוות מרחב-זמן שחזה איינשטיין לפני כמעט מאה שנה, זוהו לראשונה בשנת 2015. מחקר חדש בראשות Yanou Cui, פרופסור חבר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת קליפורניה, ריברסייד, מראה כי צורות פשוטות מאוד של חומר עשויות ליצור רקע גלי כבידה שניתן לזהות זמן קצר לאחר המפץ הגדול.
"מנגנון זה של יצירת רקע גלי כבידה הניתנים לזיהוי עשוי לשפוך אור על אות גלי הכבידה התמוה שנלכד לאחרונה על ידי מצפי תזמון פולסר", אמר Cui. "משמעות מרגשת נוספת היא שאותה צורה של חומר עשויה להיות מזוהה כחומר אפל, החומר המסתורי שמאמינים שמהווה את רוב מסת היקום, אשר תמה מדענים במשך עשרות שנים."
המחקר, שפורסם ב מכתבי סקירה פיזית, סולל את הדרך לחשיפת פיזיקה בסיסית חדשה באמצעות המעבדה הגדולה ביותר: היקום עצמו. בשאלות ותשובות הבאות, Cui עונה על כמה שאלות על המחקר:
מהן צורות החומר הפשוטות הללו?
הצורה הפשוטה של החומר היא סוג של חומר שדה סקלרי קל במיוחד. סקלאר אומר שלחומר אין סיבוב פנימי (ספין), והוא דומה לבוזון היגס. צורות חומר אלו הן קלות מאוד, שלכל אחת מסה מיליונית או אפילו מיליארדית מסה של אלקטרון. בגלל המסה הקטנה מאוד שלהם, הם פועלים יותר כמו גלים מאשר חלקיקים, והם חודרים ליקום.
גלי הכבידה צריכים להיות בעלי עוצמה גבוהה מספיק, בדומה לגלים אלקטרומגנטיים, כדי שניסויי זרם יהיו רגישים מספיק כדי ללכוד אותם. כמו כן, הם צריכים להיות בפסי התדר שהניסויים הללו רגישים אליהם; עד כה, ניתן לזהות רק טווחים מסוימים של תדר גלי כבידה עקב מגבלות טכנולוגיה.
צורות חומר פשוטות אלו מייצרות רקע קרינה ניתן לזיהוי של גלי כבידה זמן קצר לאחר המפץ הגדול וללא זמן אחר?
כן, גלי הכבידה נוצרים בעידן שבו קצב ההתפשטות של היקום הוא סביב מסת השדה הסקלרי. זה ייפסק מעבר לנקודה זו מכיוון שייצור החלקיקים ייסגר בשלב מסוים על ידי המנגנון הפנימי. כשאני אומר קצת אחרי המפץ הגדול, זה עדיין שבריר שנייה אחרי זה. הרבה אחרי המפץ הגדול, יכול להיות ייצור GW ממקורות אסטרופיזיים כמו חור שחור מיזוגים, שבהם צפה מצפה הכוכבים של גלי כבידה מאינטרפרומטר לייזר.
מדוע צורות החומר הפשוטות הללו לא היו ידועות עד כה?
הם אינם מקיימים אינטראקציה עם חומר ידוע בדרכים אחרות מלבד אינטראקציית הכבידה הסופר-חלשה. אות גלי הכבידה שהדגמנו הוא הדרך לזהות אותם. אבל אם הם חומר אפל, ידענו עליהם מהראיות הכלליות של החומר האפל. שוב, מכיוון שהם מקיימים אינטראקציה עם החומר הנראה רק מבחינה כבידה, שהיא חלשה מאוד, לא ידענו עליהם הרבה קודם.
אתה אומר שזה יהיה מרגש לזהות את הצורה הפשוטה הזו של חומר כחומר אפל. האם זה בגלל שסוף סוף נדע ממה עשוי החומר האפל?
כן, זה אחד מנקודות השיא. אבל גם, זה מאוד לא טריוויאלי לייצר גלי כבידה ניתנים לזיהוי, ומצאנו שצורה פשוטה של חומר, אולי חומר אפל, יכולה לייצר גלי כבידה כאלה – הישג תיאורטי משמעותי. כמו כן, כאמור, התמוה פולסר ניתן להסביר את מציאת התזמון בשנה שעברה על ידי מנגנון זה.
