תאורית כבידה, בין אם זו תאורית הכבידה של ניוטון או תאורית היחסות הכללית של איינשטיין, מסבירה בין השאר את תנועתם של גרמים שמימיים. כמה פעמים לאורך ההיסטוריה נצפו פערים בין התחזיות של התאוריה לבין תנועתם בפועל של גרמים שמימיים. אחד הניסיונות הנפוצים להסביר פער זה הוא באמצעות משהו הנקרא "חומר אפל" [1] (לא לבלבל עם אנרגיה אפלה, דבר שונה שלא נדון בו כאן): חומר מסתורי שאי אפשר לראות.

מאת ד"ר בועז קרני הראל

השימוש הראשון במושג "אפל" בהקשר זה מיוחס ללורד קלווין, אשר כתב כי "רבים מהכוכבים [בגלקסיה שלנו], אולי אפילו רובם הגדול, עשויים להיות גופים אפלים" [2]. משפט זה נאמר בהתייחס לפער בין המהירות שבה אמורים הכוכבים בגלקסיה שלנו להקיף את מרכזה, על פי תורת הכבידה של ניוטון והמסה המשוערת של מרכז זה, לבין מהירות ההקפה בפועל.

הראשון להשתמש במושג "חומר אפל" היה הפיזיקאי הצרפתי אנרי פואנקרה ב-1906, במאמר בשם "שביל החלב והתורה של הגזים" [2] שנכתב כתשובה ללורד קלווין. במאמר זה כותב פואנקרה שכיוון שהתצפיות קרובות דיין לתוצאות התיאורטיות, אין צורך בחומר אפל.

מאז שנות ה-20 של המאה הקודמת, תאורית היחסות הכללית של איינשטיין החליפה את תאורית ניוטון כתאוריה המדעית המסבירה את הכבידה. בעוד שתאוריה זו מסבירה את תנועתם של גרמים שמימיים טוב יותר מהתאוריה הניוטונית, גם היא לא מסכימה עם כל התצפיות.

אחד הפערים המשמעותיים ביותר התגלה בשנות ה-60 וה-70 [2] של המאה הקודמת, כאשר האסטרונומית האמריקאית ורה רובין השתמשה במכשור שפותח ע"י עמיתה קנט פורד כדי לצפות על גלקסיות ספירליות. כיוון שרוב הכוכבים שבגלקסיות כאלה מרוכזים סביב מרכז הגלקסיה, ההשערה הייתה שרוב המסה של הגלקסיה נמצאת אף היא שם. מכך נובע, שמהירות הסיבוב של כוכבים סביב מרכז הגלקסיה תהיה קטנה יותר ככל שהכוכב רחוק יותר מהמרכז. תצפיותיה של רובין הראו שזה לא המצב; למעשה מהירות הכוכבים גדלה, מה שמוביל למסקנה שהמסה של הגלקסיה לא מרוכזת סביב מרכזה. מצד שני, רוב המסה שאנו רואים אכן נמצאת סביב מרכז הגלקסיה, ומכאן שחלק גדול מהמסה אינו נראה - כלומר הוא מורכב מחומר אפל. לפי ההערכות הנוכחיות, כמות המסה שצריכה להיות בחומר אפל גדולה פי למעלה מחמש מכמות המסה שבחומר הנראה [1].

ההגדרה הטכנית של חומר אפל היא מורכבת, ולא כאן המקום להיכנס אליה. לצרכינו נסקור כמה תכונות שלו: ראשית, הוא חייב להיות בעל מסה. שנית, הוא צריך להיות כזה שאי אפשר לראות אותו. זה אומר שהוא לא יכול לפלוט או להחזיר קרינה אלקטרומגנטית, לא רק בתחום האור הנראה, אלא בכל התחום (המאוד רחב) של הספקטרום בו נעשה שימוש בטלסקופים שונים. תכונה זו מקשה מאוד על הגילוי שלו, שכן הרוב המכריע של הגלאים הקיימים היום מבוסס על גילוי באמצעות אינטראקציה אלקטרומגנטית, בדיוק האינטראקציה שאותה החומר האפל עושה בצורה חלשה מאוד, אם בכלל. זו עשויה להיות הסיבה שלמרות שיש מועמדים רבים לחומר האפל: כוכבים קרים מאוד, חורים שחורים קטנים, חלקיקים מסיביים אשר עושים אינטראקציות חלשות (Weakly Interacting Massive Particles - WIMPs) ועוד, עדיין לא ידוע מהו החומר האפל, או האם הוא בכלל קיים.

יש הטוענים שאין צורך בחומר אפל כי אם בתיקון לתאוריות המסבירות כבידה, הן בגלל שהחומר האפל טרם התגלה והן בגלל שאין תאוריה המסבירה את התנהגות החומר האפל. כאשר רוצים, למשל, למצוא את הפיזור של החומר האפל במרחב, יש להתבונן על אובייקט שמיימי כמו גלקסיה או צביר גלקסיות, ואז להוסיף את החומר האפל בצורה שתסביר את הפער בין תנועת הכוכבים באובייקט לבין התנועה אשר תאורית היחסות חוזה. את הפעולה הזו יש לעשות עבור כל אובייקט בנפרד [3].

---

לינק מקור מעמוד הפייסבוק