האם כוח הכבידה יכול להתקיים ללא מסה, ובכך להפחית את הצורך בחומר האפל ההיפותטי

מדענים טוענים כי מערכות מעגליות של פגמים טופולוגיים במבנים הנפוצים ברחבי היקום עשויות להיות המקור לכבידה ה”עודפת” הדרושה להחזקת גלקסיה או צביר יחד

על-פי תורת היחסות הכללית, לא ניתן להסביר את החומר האפל, סוג היפותטי של חומר, אלא אם קיימת כמות גדולה יותר של חומר ביקום ממה שנראה.
השערת החומר האפל הוצעה לראשונה על-ידי האסטרונום ההולנדי יאן אורט בשנת 1932, והיא נוצרה כדי להסביר את מה שנקרא “המסה החסרה” הדרושה לצבירת גלקסיות. תאוריה זו אינה מוסברת עד הסוף כמעט מאז שנוצרה.

חוקרים מאוניברסיטת אלבמה בהאנטסוויל (UAH) הראו לראשונה כיצד כוח הכבידה יכול להתקיים ללא מסה, ומציעים הסבר חלופי שיכול להפחית את הצורך התיאורטי בחומר אפל.

המדענים שאבו השראה מחיפוש אחר פתרון חלופי למשוואות שדה הכבידה של תורת הייחסות הכללית. פתרון חלופי זה, הידוע כמשוואת פואסון, מספק כוח כבידה סופי בהיעדר כל מסה ניתנת לגילוי ומיושם על מצבם של גלקסיות וצבירי גלקסיות.

ד”ר ריצ’רד ליו, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה ב-UAH, חלק ממערכת אוניברסיטת אלבמה, מציין כי “היוזמה הזו נובעת מתסכולי מהמצב הנוכחי, כלומר הרעיון של קיומו של חומר אפל על-אף היעדר כל ראיה ישירה במשך מאה שלמה.”

המדענים טוענים כי מערכות מעגליות של פגמים טופולוגיים במבנים הנפוצים ברחבי היקום עשויות להיות המקור לכבידה ה”עודפת” הדרושה להחזקת גלקסיה או צביר יחד. פגמים אלו נוצרו ככל הנראה במהלך התפתחות היקום המוקדם כאשר התרחש מעבר פאזה קוסמולוגי, תהליך פיזי שבו מצב החומר הכללי משתנה בו-זמנית ברחבי היקום.

ליו מוסיף, “לא ברור כרגע איזה סוג מדויק של מעבר פאזה ביקום יכול להוליד פגמים טופולוגיים מסוג זה. השפעות טופולוגיות הן אזורים קומפקטיים מאוד של חלל עם צפיפות גבוהה מאוד של חומר, בדרך כלל בצורת מבנים ליניאריים הידועים כחוטים קוסמיים, אם כי גם מבנים דו-ממדיים כמו קליפות כדוריות אפשריים.”

“הקליפות במאמר שלי מורכבות משכבה פנימית דקה של מסה חיובית ושכבה חיצונית דקה של מסה שלילית; המסה הכוללת של שתי השכבות היא אפס בדיוק, אך כאשר כוכב נמצא על קליפה זו, הוא חווה כוח כבידה חזק המושך אותו לכיוון מרכז הקליפה.”

כוח הכבידה מאפשר לכל העצמים, חסרי מסה או בעלי מסה, לקיים אינטראקציה זה עם זה, משום שהוא כולל באופן יסודי את עיוות מרחב-הזמן עצמו. לדוגמה, הוכח כי אובייקטים אסטרונומיים מפעילים כוח כבידה על פוטונים חסרי מסה.

“עיקום כבידתי של אור על-ידי מערכת קליפות מעגליות המרכיבות גלקסיה או צביר, נובע מקרן אור המוסטת מעט פנימה – כלומר, לכיוון מרכז המבנה בקנה מידה גדול, או מערכת הקליפות – כשהיא עוברת דרך קליפה אחת,” מציין ליו.

“ההשפעה הכוללת של מעבר דרך קליפות רבות היא הסטה סופית ומדידה שמחקה את נוכחותה של כמות גדולה של חומר אפל המשפיע בצורה דומה על מהירות הכוכבים במסלולם.”

“כיפוף האור ומהירות מסלולי הכוכבים הם האמצעים היחידים שבאמצעותם ניתן להעריך את עוצמת שדה הכבידה במבנה בקנה מידה גדול, בין אם מדובר בגלקסיה או בצביר גלקסיות. המאמר שלי טוען שלפחות הקליפות שהוא מציע הן חסרות מסה. אין צורך להמשיך בחיפוש האינסופי לכאורה אחר חומר אפל.”

“שאלות למחקר עתידי יתמקדו ככל הנראה באיך גלקסיה או צביר נוצרו על-ידי יישור הקליפות האלה, וכן איך התפתחות המבנים מתרחשת” מסכם ליו.

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

• טלסקופ באנטראטיקה מציע מפה של פיזור החומר האפל ביקום
• פיצוח סודות החומר האפל באמצעות גלקסיות מעוקמות
• בעקבות החומר האפל
• מפה חדשה של החומר האפל מאמתת את תורת היחסות הכללית של איינשטיין