אם חלקיקי חומר אפל מושכים זה את זה באמצעות כוח שמעבר לכוח הכבידה, ההנחה השכלית היא שהמבנה הקוסמי יתקבץ במהירות גבוהה יותר. אך מחקר חדש שפורסם בכתב העת של הפיזיקה הקוסמית ואפיזיולטרפיזיקה אסטרופיזיקלית מציג ממצאים הפוכים: לעיתים קרובות, תהליך ההתקבצות מתרחש באיטיות רבה יותר, ולא במהירות שניתן לצפות לה בהתאם לתיאוריה הרווחת.
המאמר, שכותרתו הוצגה ב-22 ביוני, נכתב על ידי מרקו קוסטה וזקארי ויינר מהמכון לפרימטר, סיריל קרקו-סרבינובסקי ממרכז המחשוב של המכון לתאוריות אסטרופיזיקליות של פלטייר וייל, ואוליבייה סימון מאוניברסיטת פרינסטון. הדבר הופיע לראשונה כטיוטה מוקדמת בספטמבר 2025, והפך לנפוץ יותר בתחילת אוגוסט לאחר שויזאולוגיות מדעיות הפיצו את תוצאותיו, אך לא נוספו ניתוחים חדשים מאז הפרסום.
הממצא חשוב במיוחד מכיוון שהוצע כוח חשוך נוסף כפתרון למתחים המתמשכים במדידות הקוסמולוגיות. מחקר זה מצביע על כך שהפתרון הספציפי הזה עלול להוביל לכיוון שגוי, מה שמצמצם את האפשרויות של מודלים שניתן להפעיל במציאות.
משיכה נוספת שמסכלת את ההתקדמות
חומר אפל אחראי לכש-85 אחוזים של החומר ביקום, והוא אופיין בעיקר על ידי השפעתו הגרביטציונית על החומר הרגיל. עד היום, מגע ישיר או אינטראקציה עם עצמו לא הוכחו, אך השאלה פתוחה ומשמעותית מבחינה תיאורטית מכיוון שהמבנה של חומר אפל קובע איפה ייווצרות הגלקסיות.
ויאנר, הכותב הראשי של המחקר, התייחס לנושא ואמר בהערות שהופצו יחד עם המאמר.
החוקרים בחנו מודלים מינימליים של חומר אפל הכוללים אינטראקציה באמצעות כוח מתמשך באורך רב המוחזק על ידי מידת סקלר, המשפיע אך ורק על חלקיקי חומר אפל, והשוו את ההשפעות החזויות לתצפיות קוסמולוגיות.
שני אפקטים מנוגדים באותו מודל
המורכבות היא שהאינטראקציה הזו משפיעה באופן כפול וכך גם חזה את התוצאה באופנים מנוגדים.
הכוח אכן מעודד התקבצות, ומגביר את גידול ההפרש הצפיפות במהלך עידן הצפיפות הדומיננטית של החומר. זה תואם את ההגיון הפשוט.
אך באותו הזמן, הפיזיקה הזו גם גורמת לדאטה של החומר האפל לדילול במהירות גבוהה יותר ככל שהיקום מתרחב. מראות כמו רזולוציית עדשות חלשה ותצפיות דומות תלויות בהפרעה הכוללת של הצפיפות, ובמודלים הללו הדילול המואץ של הרקע מבטל את ההגברה בגידול ההפרש. עבור תסריטים שתואמים את הנתונים מר"ת הקרינה הקוסמית בטמפרטורה ובהארה, ההשפעה הכוללת היא דיכוי, ולא הגברה.
החוקרים מציגים זאת כמאפיין כללי של קטגוריית המודלים, ולא כמקרה קצה של עיצוב ספציפי. כל תיאוריה הכוללת כוח משיכה ארוך טווח ומוסתר עלול להידרש לקחת בחשבון את ההשפעה ברמת הרקע.
חשיבות תוצאות DESI והמשמעות של מחקר זה
העניין התיאורטי אינו תיאורטי בלבד. קוסמולוגיה בדיוקנית מסוגלת למדוד תוצאות שלא תואמות עד כה את התחזיות של המודל הסטנדרטי.
כמה תצפיות על היקום הרחוק מציעות שההרחבה הקוסמית אולי היתה באמת איטית יותר בעבר ממה שהמודל הסטנדרטי מנבא. במקביל, תצפיות על הקרינה הקוסמית במיקרוגל מציעות מבנה גדול יותר בשלב המאוחר של היקום ממה שהמודל של החומר הקר והקריר מניח.
תוצאות של מכשיר ה-Dark Energy Spectroscopic Instrument, הפועל בקאסיס פיק בנאס"א ובאוניברסיטת קיוט, הובילו להתדיינות רחבה של הסברים, חלקם כוללים אינטראקציות בין חלקיקי חומר אפל. חוקרים מציינים כי המכניזם שהזיהו יכול להשפיע על דגמים מורכבים יותר גם כן.
זהו תרומתם המעשית. במקום להציע זן חדש של חומר אפל, המאמר מציב הגבלה על משפחה של תיקונים שהוצעו.
כוח המודלים ומהם המגבלות שלהם
יש לתיאור הראיות כאן דייקנות רבה, שכן כיסוי המחקר על חומר אפל לעיתים קרובות מעלה תוצאות באופן מוגזם.
זהו מחקר תיאורטי וממוחשב, שעבר ביקורת עמיתים ופורסם בעיתון מכובד. הוא משלב חישובים אנליטיים עם השוואה לתצפיות קיימות, אך אינו אוסף ראיות לקיומו של חומר אפל, או לכוח חשוך כלשהו.
הממצאים מותנים בהיפותזה מסוימת: אם אכן קיימת אינטראקציה ארוכת טווח בין חלקיקי חומר אפל בדומה למה שתואר, אזי גידול המבנה יהיה בד"כ מושהה. קיומה של אינטראקציה כזו עדיין לא הוכח.
התוצאה תלויה בקטגוריה הספציפית של המודלים שנבחנו. אינטראקציה עצמית של חומר אפל יכולה להתקיים בצורות רבות, ביניהן התנגשות טווח קצר ומקטבי מהירות הפועלים באופנים שונים. תוצאות המחקר הזה אינן ישימות באופן אוניברסלי לכל ההצעות לחומר אפל שמתייחס לעצמו.
ויאנר הוסיף כי מחקר עתידי עם כלי מדידה מדויקים יותר, כמו ה-Vera C. Rubin Observatory ו-Euclid, יוכל להכריע בנוגע לשאלה אם המתח הקוסמי שנוצר במקור לתיקוני חומר אפל עדיין קיים או שכבר התפוגג.
כלים עתידיים ומענה לשאלות בסיסיות
ההבטחה נמצאת במעקב המודע והמדידות, ולא במידול בלבד. מכשיר DESI ממשיך בסקר הקוסמולוגי שלו, כאשר כל דחיפה של הנתונים תורמת להכוונת המגבלות של מודלים אלה.
ה-Scope של ה-Vera C. Rubin Observatory, המומנה על ידי הקרן הלאומית למדע ומשרד האנרגיה, יסייע למדוד באופן מפורט את התפוצה של חומר אפל על פני אזורי שמיים נרחבים. שלב נוסף הינו המשימה Euclid, שמספקת תצפיות קוסמולוגיות עם שגיאות סיסטמיות שונות.
שילוב המידע מכל הכלים הללו אמור לקבוע האם המתחים התצפיתיים, שהניעו את הצעות הכוח החשוך, ימשכו או ייעלמו בנתונים משופרים יותר. אם הבעיה תיפתר, ההשקעה בפתרונות המורכבים פחות נראית פחות דחופה.
