הילה של חומר אפל

סימולציה של בעיית N גופים המראה הילת חומר אפל

עקומות סיבוב של גלקסיות.
העקומה A היא העקומה התאורטית שחוזים חוקי ניוטון. העקומה B היא העקומה שנמדדת בפועל

הילה של חומר אפל היא כינוי להתפלגות החומר האפל בגלקסיה, שכן החומר האפל עוטף את הגלקסיה ונמשך הרחק מעבר לגבול הגודל הנראה שלה. הילת החומר האפל שולטת בדינמיקה של הגלקסיה ובפרט בעקומת מהירות הסיבוב של כוכבים וחומר סביב מרכזה.

עקומות סיבוב של גלקסיה כראיה להילת חומר אפל

נוכחות החומר האפל בהילת הגלקסיה מוסקת עקב אפקט כבידתי על עקומת הסיבוב של גלקסיה ספירלית המתארת את מהירות הסיבוב של עצמים כתלות במרחק ממרכז הגלקסיה. עקומת הסיבוב לפי הכבידה הניוטונית יורדת כתלות במרחק (ראו עקומה A בגרף) בעוד שעקומת הסיבוב שנמדדה בתצפיות (בפרט בתצפיות רדיו של פליטת קרינה לפי קווים ספקטרלים של אטומי מימן, מה שידוע כ-HI) שואפת לערך קבוע פחות או יותר (ואז אומרים שעקומת הסיבוב היא שטוחה, ראו עקומה B בגרף) גם הרבה מעבר לכל חומר נראה. העדרות חומר נראה שיסביר את שטיחותה של עקומת הסיבוב מרמזת על נוכחות של חומר חומר אפל שבלתי נראה בתצפיות רגילות. אם טוענים שהחומר האפל איננו קיים זה אומר שיש לשנות את תאוריית הכבידה הנוכחית, דבר שדורש תשתית ראייתית נרחבת יותר לפני שהפיזיקאים יהיו מוכנים לוותר על תורת היחסות הכללית.

התפלגות החומר האפל בהילה כנראה מתוארת על ידי פרופיל נאווארו-פרנק-וייט, כאשר הצפיפות נתונה על ידי

$\rho(r)=\frac{constant}{(r/a)(1+r/a)^2}$

עם קבוע כפלי, וכאשר הקבוע a נבחר לפי ההתפלגות הנצפית.

תאוריות בדבר טבע החומר האפל

ערך מורחב – חומר אפל

טבעו של החומר האפל בהילה הגלקטית של גלקסיות ספירליות איננו ידוע, אך יש שתי תאוריות פופולריות לגביו:

1. ההילה מורכבת מחלקיקים כבדים בעלי אינטראקציה חלשה (WIMP, ראשי תיבות של Weakly Interacting Massive Particles).
2. ההילה מורכבת מגופים קומפטיים כבדים ואפלים, הידועים כ-MACHO, ראשי תיבות של MAssive Compact Halo Objects.

האפשרות שההילות מורכבות מכמות גדולה של גז ואבק היא לא סבירה, שכן היה אפשר לגלות אותם בניסוי. כמו כן, ניסויים בעידוש כבידתי שבחנו את תאוריית ה-MACHO, הראו שאין מספיק עצמים כאלה כדי להסביר את בעיית המסה החסרה.

הילת החומר האפל של גלקסיית שביל החלב

הילת החומר האפל היא החלק הגדול ביותר של גלקסיית שביל החלב, שכן היא משתרעת ממרחק 100,000 שנות אור עד מרחק 300,000 שנות אור ממרכז הגלקסיה. ההילה היא גם החלק המסתורי ביותר של שביל החלב. אסטרונומים מאמינים ש-95% ממסת שביל החלב מורכבת מחומר אפל, סוג של חומר שלא מבצע אינטראקציה לא-כבידתית (ובפרט לא אלקטרומגנטית) עם שאר הגלקסיה. בהילת החומר האפל נמצא כמעט כל החומר האפל של הגלקסיה, שמסתו גדולה פי 10 מהמסה הרגילה (הכוללת כוכבים, גז ואבק) בשאר הגלקסיה. החומר הקורן מהווה כ-90 מיליארד מסות שמש בעוד שהילת החומר האפל כוללת 600 עד 3000 מיליארד מסות שמש.

ראו גם

• בעיית המסה החסרה
• דינמיקה ניוטונית מתוקנת

לקריאה נוספת

1. Carroll, Bradley and Ostlie, Dale. An Introduction to Modern Physics, Second Edition. San Francisco: Pearson, 2007.
2. Diemand, J. & Moore, B. & Stadel, J. (2005, January 27). Earth-mass dark-matter haloes as the first structures in the early universe. In Nature, 433, 389 – 391.

קישורים חיצוניים

• Rare Blob Unveiled: Evidence For Hydrogen Gas Falling Onto A Dark Matter Clump? European Southern Observatory (ScienceDaily) July 3, 2006

הערות שוליים

1. תבנית:Note label The radial velocity dispersion profile of the Galactic halo: Constraining the density profile of the dark halo of the Milky Way, Battagli et al. 2005, MNRAS, 364 (2005) 433