כמעט מאה שנה מנסים המדענים לפענח את תעלומת החומר האפל – חומר מסתורי שמסביר את האופן שבו גלקסיות מסתובבות ואת מבנה היקום. זהו חומר שאינו פולט או מגיב לאור ולצורות אחרות של קרינה אלקטרומגנטית, ומשפיע על סביבתו רק באמצעות כוח הכבידה. החומר האפל מהווה כ-85% מכלל החומר ביקום, אך טיבו נותר עלום.
כעת, צוות חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בברקלי מציע דרך חדשה בחיפוש אחר טבעו של החומר האפל: צפייה בסופרנובה - התפוצצות אדירה המתרחשת בסוף חייו של כוכב ענק. במהלך התפוצצות כזו נוצר כוכב נייטרונים - גוף שמיימי קטן בעל צפיפות עצומה, שבו החומר דחוס כל כך עד שהאטומים עצמם קורסים.
החוקרים מחפשים חלקיקים היפותטיים הנקראים אקסיונים - חלקיקים שקיומם הוצע תיאורטית בשנות ה-70 של המאה הקודמת כדי לפתור בעיות בלתי פתורות בפיזיקת הקוונטים. מאז, האקסיונים הפכו למועמדים המבטיחים ביותר להסבר טבעו של החומר האפל, אף שטרם נצפו במציאות.
על פי המחקר החדש, שנתמך על ידי משרד האנרגיה האמריקני, אקסיונים עשויים להיווצר בכמויות גדולות במהלך 10 השניות הראשונות לאחר היווצרות כוכב הנייטרונים. כאשר חלקיקים אלה עוברים דרך השדה המגנטי החזק שסביב הכוכב, הם אמורים להפוך לקרני גמא - סוג של קרינה אלקטרומגנטית בעלת אנרגיה גבוהה במיוחד.
איך לתפוס את הרגע?
"אם נצליח לצפות בסופרנובה, כמו סופרנובה 1987A, באמצעות טלסקופ קרני גמא מודרני, נוכל לגלות או לשלול את קיומו של האקסיון ברוב מרחב הפרמטרים שלו", אומר בנג'מין ספדי, פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת ברקלי והמחבר הבכיר של המחקר. מרחב הפרמטרים מתייחס לטווח האפשרויות עבור המסה של האקסיון ועוצמת האינטראקציה שלו עם חלקיקים אחרים.
האתגר המרכזי הוא שסופרנובות הן תופעות נדירות, המתרחשות בגלקסיה שלנו בערך פעם בכמה עשורים. כיום, טלסקופ החלל פרמי - לוויין מיוחד של נאס"א המסוגל לזהות קרני גמא מהחלל - הוא המצפה היחיד שיכול לבצע תצפית כזו. אולם הבעיה היא שיש סיכוי של אחד לחמישה בלבד שהוא יצליח לצפות בסופרנובה ברגע הנכון.
כדי להגדיל את הסיכויים, צוות המחקר מציע להקים רשת לוויינים חדשה בשם GALAXIS. המערכת המוצעת תכלול מספר טלסקופים לקרני גמא במסלולים שונים סביב כדור הארץ, שיספקו יחד כיסוי מלא של השמים. כך, כל סופרנובה עתידית תהיה בטווח הצפייה של לפחות אחד מהטלסקופים ברשת.
"אם נצליח לתפוס סופרנובה, נוכל למדוד את המסה של האקסיון ואת עוצמת האינטראקציה שלו", מסביר ספדי. "נוכל להיות בטוחים מאוד בזיהוי, כיוון שאין שום חומר רגיל שיכול ליצור אירוע כזה".
המחקר החדש מתבסס על תצפיות מסופרנובה קודמת (SN1987A), שהתפוצצה בפברואר 1987 במרחק של כ-168 אלף שנות אור מכדור הארץ. באותה עת, לוויין Solar Maximum Mission של נאס"א צפה במקרה בכיוון ההתפוצצות, אך המכשירים שלו לא היו רגישים מספיק כדי לזהות את קרני הגמא שהחוקרים מחפשים. המדענים מקווים שהתצפית הבאה בסופרנובה, בשילוב עם טכנולוגיה מתקדמת יותר, תספק סוף סוף הוכחה לקיומם של האקסיונים - ובכך תקרב אותנו צעד נוסף לפתרון תעלומת החומר האפל.
טעינו? נתקן! אם מצאתם טעות בכתבה, נשמח שתשתפו אותנו