חומר אפל, החומר הבלתי נראה שמהווה את הרוב המכריע של מסת היקום, יכול להתכנס לאטומים, כך מראות הדמיות חדשות. "אטומים אפלים" אלה יכולים לשנות באופן קיצוני את התפתחות הגלקסיות ואת היווצרותם של כוכבים, ולהעניק לאסטרונומים הזדמנות חדשה להבין את החומר המסתורי הזה.
החומר האפל מהווה יותר מ-80% מהמסה של כל גלקסיה וצביר גלקסיות ביקום. כל התצפיות שלנו מצביעות על כך שחומר אפל הוא סוג חדש של חלקיק שאינו מקיים אינטראקציה עם חומר רגיל או אפילו עם אור. אנו יכולים לזהות חומר אפל רק באמצעות האינטראקציה הכבידתית שלו עם כל השאר. חומר אפל אשר יהיה, הוא מעבר להבנה המודרנית שלנו בפיזיקה. אבל עדיין יש לו מסה, ולכן כוח המשיכה.
אנחנו עדיין לא יודעים אם החומר האפל הוא פשוט או מורכב. הוא יכול להיות מורכב מסוג אחד בלבד של חלקיק השולט ביקום ובקושי מקיים אינטראקציה אפילו עם עצמו. או שהוא יכול להיות מורכב מכמה סוגים של חלקיקים, עם אותו מגוון עשיר שאנו רואים בחומר רגיל. יתר על כן, אנו מכירים רק ארבעה כוחות יסוד של הטבע: כוח הכבידה, אלקטרומגנטיות, האינטראקציה הגרעינית החזקה והאינטראקציה הגרעינית החלשה. אבל יתכנו כוחות נוספים הפועלים רק בין חלקיקי החומר האפל ואינם משפיעים כלל על החומר הרגיל.
הרעיון של חלקיקי חומר אפל נוספים וכוחות אפלים אינו מופרך כפי שהוא עשוי להיראות. ההבנה שלנו בפיזיקה בנויה על סימטריות, שהן יחסים מתמטיים עמוקים בין חלקיקים. ייתכן שיש סימטריות נוספות בחוקי הטבע שהופכות את החומר האפל למקביל לחומר הרגיל, ושעבור כל סוג של אינטראקציה שחומר רגיל יכול לעסוק בה, יש מקביל במגזר האפל.
לדוגמה, מחומר רגיל נוכל לבנות אטומים פשוטים: פרוטון ואלקטרון, המחוברים זה לזה, עם פוטון, נושא הכוח האלקטרומגנטי, המתווך את האינטראקציה. יכולה להיות לנו גם גרסה של אותו מבנה חומר אפל, עם פרוטון כהה הקשור לאלקטרונים כהים על ידי פוטונים כהים: אטומים כהים.
חומר אפל אטומי יתנהג בצורה שונה בהרבה מחומר אפל המורכב מחלקיק אחד בלבד. והכי חשוב, יהיה קשה מאוד לחומר אפל פשוט להתקבץ יחד, והוא יעשה זאת לאט, במשך מאות מיליוני שנים. חומר רגיל נאסף בתוך גושים חלקים של חומר אפל ויוצרים גלקסיות, אבל אחרת הם מנהלים חיים נפרדים. חומר אפל אטומי, לעומת זאת, יכול ליצור גלקסיות צל משלו - מבנים דמויי דיסק המחקים את הגודל והמיקום של גלקסיות גלויות.
צוות של אסטרופיזיקאים השתמש באפשרות המסקרנת הזו כדי לדגמן את התפתחות הגלקסיות ולראות אילו הבדלים נצפים עשויים להיווצר. הם אפשרו לחומר אפל אטומי להתפתח בהתאם לכוחותיו ולאחר מכן חקרו כיצד המבנים החדשים הללו ישפיעו על גלקסיות גלויות דרך הארגון החדש של כוח הכבידה. הם פרסמו את התוצאות שלהם במסד נתונים מקוון של טרום הדפסה באפריל arXiv.
החוקרים מצאו שאפילו כמות קטנה של חומר אפל אטומי - רק 6% מכלל החומר האפל ביקום, לא כולל השאר - מספיקה כדי לשנות באופן קיצוני את התפתחות הגלקסיות. מכיוון שחומר אפל אטומי מסוגל ליצור אינטראקציה, הוא יכול בקלות להתעבות, לאבד אנרגיה באמצעות פליטת צורה כלשהי של קרינה אפלה. הדמיות הראו ש"דיסק אפל" מופיע במהירות בתוך כל גלקסיה, שהספין שלה תואם מאוד את הספין של הרכיבים הגלויים, הרגילים.
משם, החומר האפל האטומי המשיך להתעבות, בדיוק כפי שגז רגיל מתעבה לעננים ובסופו של דבר לכוכבים. בסימולציה, חומר אפל אטומי יצר כוכבים אפלים משלו ואף עלול לגרום להיווצרות חורים שחורים משלו. הגושים האלה שקעו אז לתוך הליבה הגלקטית, שם גדלה הצפיפות.
בגלל כוח המשיכה הנוסף הזה, היווצרות כוכבים בליבות הגלקסיות מואצת, ויוצרים כוכבים הרבה יותר מהר מגלקסיות עם חומר אפל פשוט. סימולציות אלו למעשה שללו מודלים מסוימים של חומר אפל אטומי מכיוון שהמודלים הללו גרמו לגלקסיות שלהם להיגמר מהר מדי מהחומר החדש ליצירת כוכבים.
אבל כמה מודלים שרדו את גבולות התצפיות הנוכחיים, ומאפשרים אפשרות נוספת לקיומו של חומר אפל אטומי. החוקרים מקווים שמחקרים תיאורטיים וניסיוניים נוספים ישפוך אור על הסבירות של חומר אקזוטי מסקרנת זו. לדוגמה, מכיוון שחומר אפל אטומי מתעבה בצורה כה יעילה, ייתכן שנוכל לזהות גושים צפופים דמויי כוכבים בעזרת מחקרים עתידיים של מיקרועדשות כבידה באמצעות טלסקופ החלל ננסי גרייס של נאס"א ברומא.
קרא גם: