גלי כבידה יכולים לחשוף חומר אפל ההופך כוכבי נויטרונים לחורים שחורים - עולם הפיזיקה

צוות של פיזיקאים תיאורטיים בהודו הראה שגלי כבידה יכולים לחשוף את התפקיד שחומר אפל יכול למלא בהפיכת כוכבי נויטרונים לחורים שחורים.

חומר אפל הוא חומר היפותטי ובלתי נראה המופעל כדי להסביר את ההתנהגות המוזרה של מבנים בקנה מידה גדול כמו גלקסיות וצבירי גלקסיות - התנהגות שלא ניתנת להסבר על ידי כוח הכבידה בלבד.

אם הוא קיים, החומר האפל חייב לקיים אינטראקציה עם החומר הרגיל באמצעות כוח הכבידה. עם זאת, מודלים מסוימים חוזים שחומר אפל יכול גם לקיים אינטראקציה עם חומר רגיל באמצעות אינטראקציות חלשות מאוד שאינן גרביטציוניות.

חלוש אבל מספיק

"אינטראקציה לא גרביטציונית פירושה של[חלקיקי חומר אפל] צפויה להיות איזושהי אינטראקציה עם פרוטונים וניוטרונים." סולאניה בהטצ'ריה אמר לי עולם הפיזיקה. Bhattacharya הוא סטודנט לתואר שני במכון טאטה למחקר יסודי במומבאי, שמוסיף, "האינטראקציות הללו עשויות להיות חלשות מאוד, אבל הן עשויות להיות מספיקות מספיק כדי לאפשר לחלקיקי החומר האפל להילכד בתוך כוכב נויטרונים".

כוכבי ניוטרונים הם שרידי הליבה הצפופים של כוכבים מסיביים שהתפוצצו כסופרנובות. הם קטנים מאוד, אולי תריסר קילומטרים רוחב, אבל עם מסות גדולות מהשמש. הליבה של כוכב נויטרונים כל כך צפופה שהיא עלולה להגביר את ההסתברות לאינטראקציות בין חומר רגיל לחומר אפל.

המסה התיאורטית המקסימלית שיכולה להיות לכוכב נויטרונים היא 2.5 מסות שמש, אך בפועל רובן קטנות בהרבה, בסביבות 1.4 מסות שמש. כוכבי ניוטרונים שגדולים מ-2.5 מסות שמש יעברו קריסה גרביטציונית ליצירת חורים שחורים.

סוגר את הפער

חורים שחורים במסה כוכבית יכולים להיווצר גם ישירות מסופרנובות (פיצוצים של כוכבים גדולים), אך מודלים תיאורטיים העלו כי חורים שחורים לא צריכים להתקיים ב-2-5 מסות שמש. עד לאחרונה זה נתמך בראיות תצפיתיות. עם זאת, החל משנת 2015, תצפיות על גלי כבידה ממיזוג של זוגות חורים שחורים חשפו את קיומם של חורים שחורים בתוך פער המסה הזה.

לדוגמה, GW 190814 היה אירוע של גלי כבידה שזוהה בשנת 2019 וכלל עצם עם מסות שמש בין 2.50-2.67. אירוע מסתורי נוסף היה GW 190425, זוהה גם בשנת 2019, שבה לעצם המשולב הייתה מסה של 3.4 מסות שמש. זוהי מסה כוללת גבוהה משמעותית מכל מערכת כוכבי נויטרונים בינארית ידועה.

עכשיו בהטצ'ריה, הממונה עליה בסודב דסגופטה, בתוספת רנג'אן לאה של המכון ההודי למדע ו אנופאם ריי מאוניברסיטת קליפורניה, ברקלי, הציעו שחומר אפל המצטבר בליבת כוכב נויטרונים יגביר את צפיפות הליבה עד כדי קריסה לחור שחור מיניאטורי. החור השחור הזה יגדל ואז יבלע את כוכב הנייטרונים. התוצאה תהיה חור שחור עם מסה נמוכה מהצפוי. וזיהוי של חורים שחורים בעלי מסה נמוכה כל כך תהיה עדות מעוררת השראה לחומר האפל.

"אקזוטי מבחינה אסטרופיזית"

"העצמים הקומפקטיים האלה יהיו אקזוטיים מבחינה אסטרופיזית", אומר בהטצ'ריה, המחבר הראשי של מאמר המתאר את ההשערה הזו ב מכתבי סקירה פיזית. העיתון שלהם מציג את GW 190814 ו-GW 190425 כמיזוגים שיכולים היו לכלול חורים שחורים שנוצרו בעזרת חומר אפל.

בין אם קיימים חורים שחורים שהומרו מכוכבי נויטרונים או לא, בהטצ'ריה אומר שחיפוש אחריהם יספק "כמה אילוצים משמעותיים על אינטראקציות של חומר אפל עם נוקלונים". כתוצאה מכך, המספר ההולך וגדל של מיזוגים שנצפה יכול לאפשר לפיסיקאים להעריך מודלים שונים של חומר אפל.

ייתכן שכוכבים המופעלים על ידי חומר אפל נראו על ידי ה-JWST  

אפשרות נוספת היא שהעצמים בעלי המסה הנמוכה שנצפו ב-GW 190814 וב-GW 190425 הם חורים שחורים ראשוניים שנוצרו לאחר המפץ הגדול. עם זאת, תיאוריות מסוימות מציעות שחורים שחורים ראשוניים יכולים להיות מרכיב של חומר אפל - כך שחקר מיזוגים יכול לספק עוד יותר מידע על טבעו של החומר האפל.

ואכן, היתרון המרכזי של שימוש בגלי כבידה כדי לחפש ראיות לחומר אפל הוא שזהו האמצעי הרגיש ביותר שיש לנו לזיהוי האינטראקציות הלא-גרביטציוניות הקלות של החומר האפל עם חומר רגיל.

הסיבה לכך היא שהתבוננות בגלי כבידה אינה כפופה ל"רצפת הנויטרינו", המגבילה ניסויים שמטרתם לזהות ישירות חומר אפל. הרצפה מתייחסת לעובדה שניטרינו הם מקור משמעותי לרעש רקע בגלאי חומר אפל כמו LUX-ZEPLIN.

"השיטה המוצעת על ידינו יכולה לחקור את האזורים שנמצאים מחוץ להישג ידם של גלאים יבשתיים אלה בשל חשיפה מוגבלת ורגישות גלאים", אומר בהטצ'ריה.

• הפצת תוכן ויחסי ציבור מופעל על ידי SEO. קבל הגברה היום.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. העצים את עצמך. גישה כאן.
• PlatoAiStream. Web3 Intelligence. הידע מוגבר. גישה כאן.
• PlatoESG. פחמן, קלינטק, אנרגיה, סביבה, שמש, ניהול פסולת. גישה כאן.
• PlatoHealth. מודיעין ביוטכנולוגיה וניסויים קליניים. גישה כאן.
• BlockOffsets. מודרניזציה של בעלות על קיזוז סביבתי. גישה כאן.
• מקור: https://physicsworld.com/a/gravitational-waves-could-reveal-dark-matter-transforming-neutron-stars-into-black-holes/