חלק ניכר מהחומר שהיה קיים בזמן המפץ הגדול פשוט… נעלם. מדענים סבורים שהוא נמצא בחלל הריק שמחוץ לצבירי הכוכבים הגדולים, אך הקושי הגדול הוא למצוא אותו

מתברר שהחלל הריק בין הגלקסיות ביקום פחות ריק ממה שנדמה במבט ראשון. אסטרופיזיקאים סבורים כיום ש-60-30 אחוז מהחומר ביקום חבוי בין הגלקסיות. החומר הזה נקרא "התווך הבין-גלקטי", אך למרות גודלו העצום קשה מאוד לצפות בו. למעשה, הסיבה המרכזית לכך שאנחנו חושבים שכמות משמעותית של חומר חבויה ברִיק שבין הגלקסיות היא שכבר חיפשנו אותו קודם בכל מקום אחר, אך לשווא. למען הסר ספק נציין כי לא מדובר בחומר אפל, שטיבו אינו ברור עדיין, אלא בחומר רגיל כמו זה שממנו עשויים אנחנו, כדור הארץ וכל מערכת השמש שלנו. חומר רגיל נקרא גם חומר בַּרְיוֹנִי" (Baryonic matter) והבעיה המתוארת כאן נקראת "בעיית הבַּרְיוֹנִים החסרים". 

כשמשווים בין כמות החומר בעבר לכמותו כיום מגלים כי חומר "הלך לאיבוד" בדרך. אולם חוקי השימור הידועים לנו מחייבים שכמות החומר ביקום תהיה קבועה, כך שאי אפשר לאבד חומר.

לפי תיאוריית המפץ הגדול, כשהיקום רק נוצר, כל החומר התרכז בתחום קטן מאוד. שתי מדידות בלתי תלויות, המבוססות על התנאים הייחודיים שהיו קיימים עם היווצרות היקום  הגיעו להערכה דומה מאוד שלפיה כמות החומר הרגיל ביקום היא כחמישה אחוזים מסך האנרגיה שבו. במדידה הראשונה בחנו את קרינת הרקע הקוסמית, שמקורה במפץ הגדול, והעריכו את ההשפעות שספגה מהחומר הבריוני שהיה בתחילת היקום. במדידה השנייה מדדו את הכמות הכוללת ביקום של כמה יסודות נדירים, שנוצרו בעיקר בשניות הראשונות של היקום כגון סוג מסוים של אטום הליתיום. כמות הליתיום ביקום יכולה לתת הערכה די מדויקת לכמות החומר שהייתה מיד אחרי המפץ הגדול.

מדידת כמות החומר הנוכחית ביקום היא כבר משימה מורכבת יותר. ראשית צריך להעריך את המסה של כל הכוכבים והגלקסיות באמצעות מדידה של צפיפות הכוכבים ביקום. אולם כשמסכמים את כל המסה הזו מקבלים נתון מפתיע: היא אינה עולה על 10 אחוזים מהמסה הכוללת בראשית ימי היקום. מכאן עולה שתשע העשיריות הנותרות של החומר ביקום הם גז ואבק המפוזרים בין הכוכבים ובין הגלקסיות.

הדמיה של מפגש בין גלקסיות ומעבר חומר | מקור: SAKKMESTERKE / SCIENCE PHOTO LIBRARY
בכל מקום אחר כבר חיפשנו. הדמיה של מפגש בין גלקסיות ומעבר חומר | מקור: SAKKMESTERKE / SCIENCE PHOTO LIBRARY

גרגיר חול באיצטדיון

לא פשוט לחפש גז או אבק ביקום. חלק מהגז קל יחסית לזהות, מכיוון שהוא פולט אור. חיפוש קצר בתמונות שצילם טלסקופ החלל האבל יניב אינספור תמונות מרהיבות של גז בין-כוכבי. ענני חלקיקים אחרים אפשר לזהות משום שהם שהם חוסמים חלק מהאור. אבק בין-כוכבי, לדוגמה, חוסם אור כחול הרבה יותר טוב מאור אדום. כך שהכוכבים מאחוריו נראים אדומים יותר. כך, ובצירוף של שיטות נוספות, הגיעו חוקרים להערכה שלפיה הגז בתוך הגלקסיות וסביבן מכיל 60-40 אחוז מהחומר ביקום. בתוספת החומר שזיהינו בכוכבים עצמם, נותרים עוד 50-30 אחוז מהחומר שאיננו יודעים היכן הוא נמצא. המקום היחיד שעוד נותר הוא בין הגלקסיות. 

הקושי לגלות את התווך הבין-גלקטי נובע מצפיפותו הנמוכה, העומדת בערך על אטום אחד לכל מטר מעוקב. קל יותר לחפש גרגיר חול בודד באצטדיון כדורגל. הקושי הזה מאלץ חוקרים שמבקשים להוכיח את קיומו של החומר הבין-גלקטי לגלות יצירתיות רבה. חוקרים השתמשו לשם כך למשל במדידת התפרצויות מהירות של קרני רדיו בחלל, ובשיטות מדידה נוספות. גם המחקרים האלה העידו שהחומר החסר כנראה מפוזר אי שם בתווך הבין-גלקטי. אך כמו בכל דבר אחר במדע, מוטב לחכות עד שיצטברו די ראיות לפני שנכריז כי אכן מצאנו את הבריונים החסרים.

רועי רחין הוא דוקטורנט לאסטרופיזיקה בטכניון ומילגאי של הקרן ע"ש אילן רמון