דלג לתוכן הראשי
מצפה הכוכבים כנרת
  • ספר לימוד
    • פרק א' – כיצד פועל המדע?
    • פרק ב' – אסטרונומיה קדומה
    • פרק ג' – המהפכה הקופרניקנית
    • פרק ד' – אנרגיה וחומר ביקום
    • פרק ה' – מערכת ארץ-ירח
    • פרק ו' – פלנטות ארציות
    • פרק ז' – פלנטות ענקיות וירחיהן
    • פרק ח' – גופים במרחב הפלנטרי
    • פרק ט' – כיצד נוצרה המערכת הפלנטרית?
    • פרק י' – גלוי קרינה מהחלל
    • פרק י"א – השמש – הכוכב שלנו
    • פרק י"ב – תכונותיהם של כוכבים
    • פרק י"ג – הולדתם ומותם של כוכבים
    • פרק י"ד – שביל החלב
    • פרק ט"ו – גלקסיות
    • פרק ט"ז – היקום המתפשט
    • פרק י"ז – קוסמולוגיה
    • פרק י"ח – החיים בכדור הארץ
    • פרק י"ט – חיים ביקום
  • הדמיות
  • עבודות זעירות
    • מהם מטאוריטים?
    • מה הם כתמי שמש?
    • מה קורה לחלקי השמש כאשר הם מתפרצים מהשמש ומה תוצאת נפילתם?
    • מדוע כוכב הלכת אורנוס מסתחרר בשכיבה על הצד?
    • מדוע צבעו של מאדים אדום?
    • מדוע כוכב הלכת אורנוס מסתחרר בשכיבה על הצד?
    • למה נעלמו המים במאדים?
    • איך כוכב הלכת צדק נוצר, הגיע למערכת השמש והחל להסתובב סביבה במסלול הקבוע?
    • כיצד נוצרו טבעותיו של שבתאי (saturn)?
  • פעילויות תלמידים
    • בית ספר יסודי
    • חטיבת ביניים
    • בית ספר תיכון
  • מצפה כוכבים רובוטי
  • פרויקטים
    • מייזמים שמתקיימים כעת
    • מייזמים שהסתיימו
    • תערוכת טילאות
  • צור קשר
  • ראשי
  • ספר לימוד
  • הדמיות באסטרונומיה
  • עבודות זעירות
  • אסטרוטופ
  • פעילויות תלמידים
  • מצפה כוכבים רובוטי
  • פרויקטים
  • צור קשר
מצפה הכוכבים כנרת
  • ספר לימוד
    • פרק א' – כיצד פועל המדע?
    • פרק ב' – אסטרונומיה קדומה
    • פרק ג' – המהפכה הקופרניקנית
    • פרק ד' – אנרגיה וחומר ביקום
    • פרק ה' – מערכת ארץ-ירח
    • פרק ו' – פלנטות ארציות
    • פרק ז' – פלנטות ענקיות וירחיהן
    • פרק ח' – גופים במרחב הפלנטרי
    • פרק ט' – כיצד נוצרה המערכת הפלנטרית?
    • פרק י' – גלוי קרינה מהחלל
    • פרק י"א – השמש – הכוכב שלנו
    • פרק י"ב – תכונותיהם של כוכבים
    • פרק י"ג – הולדתם ומותם של כוכבים
    • פרק י"ד – שביל החלב
    • פרק ט"ו – גלקסיות
    • פרק ט"ז – היקום המתפשט
    • פרק י"ז – קוסמולוגיה
    • פרק י"ח – החיים בכדור הארץ
    • פרק י"ט – חיים ביקום
  • הדמיות
  • עבודות זעירות
    • מהם מטאוריטים?
    • מה הם כתמי שמש?
    • מה קורה לחלקי השמש כאשר הם מתפרצים מהשמש ומה תוצאת נפילתם?
    • מדוע כוכב הלכת אורנוס מסתחרר בשכיבה על הצד?
    • מדוע צבעו של מאדים אדום?
    • מדוע כוכב הלכת אורנוס מסתחרר בשכיבה על הצד?
    • למה נעלמו המים במאדים?
    • איך כוכב הלכת צדק נוצר, הגיע למערכת השמש והחל להסתובב סביבה במסלול הקבוע?
    • כיצד נוצרו טבעותיו של שבתאי (saturn)?
  • פעילויות תלמידים
    • בית ספר יסודי
    • חטיבת ביניים
    • בית ספר תיכון
  • מצפה כוכבים רובוטי
  • פרויקטים
    • מייזמים שמתקיימים כעת
    • מייזמים שהסתיימו
    • תערוכת טילאות
  • צור קשר
  • ראשי
  • ספר לימוד
  • הדמיות באסטרונומיה
  • עבודות זעירות
  • אסטרוטופ
  • פעילויות תלמידים
  • מצפה כוכבים רובוטי
  • פרויקטים
  • צור קשר
15.26 חומר אפל בגלקסיות
ראשי » פרק ט"ו - גלקסיות » 15.26 חומר אפל בגלקסיות

15.26 חומר אפל בגלקסיות

רוב החומר בשביל החלב הוא צורה מפתיעה של חומר, שחושפת את עצמה רק דרך המשיכה הכבידתית שלה. החומר האפל פרוש על פני כל ההילה הגלקטית, שמשתרעת הרבה מעבר לדיסקת הכוכבים שבה נמצאת השמש. חקר היקום מראה שאין שום דבר מיוחד או ייחודי במצבנו: השמש היא כוכב ממוצע, כדור הארץ הוא חלק ממערכת פלנטרית, וגם לכוכבים אחרים יש מערכות פלנטריות, והגלקסיה שלנו היא אחת מגלקסיות ספירליות רבות. אילו היה החומר האפל קיים רק בשביל החלב, זה היה סותר את הרעיון הקופרניקאי שאין לנו מקום מועדף ביקום – ואכן, האסטרונומים מצאו חומר אפל גם בגלקסיות אחרות.

בלי קשר לשיטה שבה משתמשים או לסוג הגלקסיה בסיווג האבל, כ-80% עד 90% מהמסה של כל גלקסיה הם חומר אפל. חומר אפל הוא מסה שנוכחותה מורגשת דרך כוחות כבידה, אבל היא אינה פולטת אור ואינה בולעת אותו. זה מדהים, כי פירוש הדבר שכל האור הנראה של הגלקסיות מגיע מחלק קטן בלבד של היקום! אפשר לחשוב על כך כעל בעיה בהנהלת חשבונות. בצד אחד של המאזן נמצאת מסת הגלקסיה, כפי שנמדדה מתנועות הכוכבים בה. בצד האחר נמצאים יחסי המסה–אור, שבעזרתם מעריכים את המסה של אוכלוסיות הכוכבים הנראות. המסה שמחושבת מהתנועות גדולה תמיד פי 5 עד 10 מהמסה שמתאימה לאור הכוכבים שנצפה. את הפער החשבונאי הזה אי אפשר להסביר: היקום עשוי בעיקר מחומר שאיננו מבינים עד הסוף.

עקומת סיבוב של גלקסיה ספירלית: מהירות הסיבוב של כוכבים במרחקים שונים ממרכז הגלקסיה. A – המהירות הצפויה אילו המסה הייתה מתפלגת כמו החומר הנראה; B – המדידות בפועל
באדיבות ויקיפדיה

את התפלגות המסה של גלקסיות ספירליות, כמו שביל החלב, אפשר למפות בעזרת עקומת סיבוב – מפה של מהירות החלקים השונים של הגלקסיה ביחס לגרעין. המהירות נמדדת מהיסט הדופלר של קווי פליטה של גז או של קווי בליעה של כוכבים. התכונה הבולטת של עקומות הסיבוב של רוב הגלקסיות הספירליות היא שהן שטוחות למדי: המהירויות נשארות גבוהות עד גבולות החומר הנראה בדיסקה. לפי חוקי קפלר, המהירות המעגלית של כוכבים בגלקסיה אמורה להתחיל לרדת מהנקודה שבה המסלול מקיף את רוב מסת הגלקסיה, אבל איננו רואים שום ירידה במהירות. בגלקסיות ספירליות רבות דיסקת הגז משתרעת רחוק יותר מדיסקת הכוכבים, ואסטרונומים יכולים להשתמש בקו 21 ס"מ של מימן ניטרלי כדי למפות את עקומת הסיבוב עד מרחקים גדולים מאוד. מכיוון שהמהירות נשארת גבוהה וקבועה בקירוב עד הרדיוסים הגדולים ביותר שנחקרו, אנו מסיקים שגם המסלולים החיצוניים האלה אינם מקיפים את רוב מסת הגלקסיה. לכן רוב המסה היא בהכרח חומר בלתי נראה בהילה אפלה.

את מסתה של גלקסיה גדולה אפשר למדוד גם בעזרת התנועות של גלקסיות לוויין ננסיות שמקיפות אותה. כמובן, אי אפשר לעקוב אחר המסלולים האלה לאורך זמן, כי הקפה אחת נמשכת בדרך כלל מאות מיליוני שנים; האסטרונומים צריכים להסתפק ב"תמונת מצב" של המהירות הרגעית של כל לוויין. מכיוון שהלוויינים הם גלקסיות קטנות מאוד, תנועותיהם נקבעות בידי מסת הגלקסיה הגדולה – בדיוק כמו שתנועות הפלנטות במערכת השמש נקבעות בידי השמש. השיטה הזאת אישרה באופן מרשים את המסה ואת ההיקף של ההילה האפלה של שביל החלב. הגלקסיות האליפטיות הננסיות שמקיפות את שביל החלב נותנות לו מסה כוללת של כ-1012 מסות שמש, שפזורה עד 100 קילופרסק ממרכז הגלקסיה – פי שניים מהמסה וההיקף שנמדדו מתנועות כוכבי הילה בודדים. אור הכוכבים בגלקסיה מתאים רק לכ-1011 מסות שמש, ולכן כ-90% מהמסה הכוללת של הגלקסיה שלנו הם חומר אפל!

מה כמות החומר האפל בגלקסיות שאין להן דיסקה? לגלקסיות אליפטיות אין דיסקת גז, ולכן אי אפשר למדוד להן עקומת סיבוב. אבל סביב גלקסיות אליפטיות גדולות יש בדרך כלל נחיל של גלקסיות אליפטיות ננסיות זעירות, ותנועותיהן נותנות מדד למסת הגלקסיה הגדולה: פיזור גדול יותר בהיסטי הדופלר של הלוויינים מעיד על מסה גדולה יותר של הגלקסיה המרכזית. הפיזור בתנועות בכל מערכת כבידתית נקרא פיזור מהירויות. גם בגלקסיות אליפטיות יש כמויות עצומות של חומר אפל – מסות כוללות של 1012 עד 3 × 1012 מסות שמש, שפזורות על פני 100 עד 200 קילופרסק.

גם בגלקסיות זעירות יש חומר אפל. הלוויינים הננסיים של שביל החלב קרובים מספיק כדי שנוכל לשחק את אותו משחק עם התנועות של כוכבים בודדים בהם. הספקטרום של כל כוכב נותן את היסט הדופלר שלו, והפיזור בהיסטי הדופלר מעיד על המסה. אם המסה גדולה ממה שמצפים מסכום האור של הכוכבים, בהכרח יש שם חומר אפל. פיזור המהירויות מעיד על חומר אפל בכל גלקסיה ננסית שנחקרה עד כה. למעשה, בגלקסיות הקטנות ביותר ביקום שיעור החומר האפל הגבוה ביותר, ולכן הן "מעבדות" שימושיות לחקר החומר האפל ולניסיון ללמוד על תכונותיו.

לאן שלא נביט ביקום, האסטרונומים מגלים חומר אפל. בכל סוג של גלקסיה – ספירליות, אליפטיות, לא-סדירות, ננסיות, ובשביל החלב שלנו – המסה נשלטת בידי החומר המוזר הזה. החומר האפל הוא מאפיין שקיים בכל הגלקסיות. לאסטרונומים לקח כמה עשורים להגיע להשקפה הזאת. כשפורסמו לראשונה עקומות סיבוב שטוחות, בשנות ה-70 של המאה העשרים, הייתה ספקנות רבה: אולי הנתונים שגויים? אולי הגלקסיות האלה חריגות? אבל כשחוקרים נוספים הצטרפו והמדגמים גדלו, התוצאות הראשונות אוששו, והאסטרונומים הפנו את תשומת לבם לניסיון לזהות את הרכיב המוזר הזה של היקום. נעשים ניסיונות שונים לגלות חומר אפל ישירות. ההימור גבוה מאוד: טבעו של החומר האפל הוא כנראה השאלה הגדולה ביותר שעדיין לא נענתה באסטרונומיה.

צביר הגלקסיות Abell 2218 פועל כעדשה כבידתית: הקשתות הדקות הן תמונות מעוותות ומוגדלות של גלקסיות רחוקות שמאחוריו, בצילום טלסקופ החלל האבל
באדיבות NASA/ESA

כיום, בזכות העדשות הכבידתיות שיוצר החומר האפל באורן של גלקסיות רקע, אנו יודעים שהחומר האפל הוא חומר כלשהו שאינו מגיב עם אור אלא דרך הכבידה, ושחתך הפעולה שלו (הסיכוי שיתנגש בחלקיקים אחרים) קטן מאוד, כך שהוא אינו עובר התנגשויות תכופות. אפשרויות שונות נשללו: חורים שחורים (ברוב טווחי המסה), כוכבים חיוורים, ננסים חומים, פלנטות נודדות, סלעים בחלל וגרגירי אבק מיקרוסקופיים. המועמד העיקרי שנשאר הוא חלקיק תת-אטומי זעיר, שעדיין לא נצפה במעבדות הפיזיקה או במאיצים. החומר האפל "שוקל" כפי חמישה מהחומר הרגיל, אבל מסתו של החלקיק הבודד עדיין אינה ידועה: ההצעות נעות מחלקיקים קלים מאוד ועד חלקיקים כבדים פי מאה ויותר מפרוטון. אנחנו עדיין מנסים להבין את פרטי ההתפלגות של החומר האפל, אבל נראה שהוא מפוזר בצורה חלקה יותר מהכוכבים בגלקסיות, ויש רכיב כמעט חלק של חומר אפל גם במרחבים העצומים שבין הגלקסיות.

→ הסעיף הקודם: 15.25 יחס מסה–אור  |  הסעיף הבא: 15.27 הכבידה של גופים רבים ←

« הקודם
הבא »
פוסטים אחרונים
  • 17.31 גבולות הידע
  • 17.30 הרב-יקום
  • 17.29 תורת המיתרים והקוסמולוגיה
  • 17.28 העיקרון האנתרופי בקוסמולוגיה
  • 17.27 כוונון עדין בקוסמולוגיה
קטגוריות
  • אור והספקטרום האלקטרומגנטי
  • אנרגית השמש
  • אסטרואידים
  • אסטרוטופ
  • אסטרונומיה במאות 16-17
  • בית ספר יסודי
  • בית ספר תיכון
  • גלקסיות
  • גרמי שמים
  • הדמיות באסטרונומיה
  • הזמנת הרצאות
  • הירח
  • המרכז לחינוך אסטרונומי כנרת
  • הצעות למחקר
  • השמש
  • חטיבת ביניים
  • טלסקופ רובוטי
  • טלסקופים
  • ימי חלל ואסטרונומיה
  • כוכבים כפולים ומשתנים
  • כללי
  • ליקויים
  • מייזמים המתקיימים כעת
  • מייזמים שהסתיימו
  • מערכת השמש
  • מפגשי חובבים
  • מצפה כוכבים רובוטי
  • ספר לימוד
  • עבודות זעירות
  • פלנטה אורנוס
  • פלנטות מחוץ למערכת השמש
  • פלנטות מחוץ למערכת השמש
  • פלנטת מאדים
  • פלנטת נוגה
  • פלנטת נפטון
  • פלנטת צדק
  • פלנטת שבתאי
  • פעילויות לציבור הרחב
  • פעילויות לתלמידים
  • פרויקטים
  • פרק א' – כיצד פועל המדע?
  • פרק ב' – אסטרונומיה תצפיתית
  • פרק ג' – המהפכה הקופרניקנית ותוצאותיה
  • פרק ד' – אנרגיה וחומר ביקום
  • פרק ה' – מערכת ארץ-ירח
  • פרק ו' – פלנטות ארציות
  • פרק ז' – פלנטות ענקיות וירחיהן
  • פרק ח' – גופים במרחב הפלנטרי
  • פרק ט' – היווצרות מערכת פלנטרית
  • פרק ט"ו – גלקסיות
  • פרק ט"ז – היקום המתפשט
  • פרק י' – גלוי קרינה מהחלל
  • פרק י"א – השמש – הכוכב שלנו
  • פרק י"ב – תכונותיהם של כוכבים
  • פרק י"ג – הולדתם ומותם של כוכבים
  • פרק י"ד – שביל החלב
  • פרק י"ז – קוסמולוגיה
  • פרק י"ח – החיים בכדור הארץ
  • פרק י"ט – חיים ביקום
  • קואורדינטות ותנועות
  • קוסמולוגיה
  • שאלות נפוצות
  • תוכנות לניתוח תצלומים
  • תחרות ארצית בצילום אסטרונומי
  • תכונותיהם של כוכבים
  • תמיכה
  • תנועות גרמי שמים
  • תערוכת טילאות
  • תצפיות שמיים
תגובות אחרונות
    ארכיונים
    • נובמבר 2026
    • אוקטובר 2026
    • ספטמבר 2026
    • מאי 2026
    • מרץ 2026
    • נובמבר 2025
    • אוקטובר 2025
    • אוגוסט 2025
    • יולי 2025
    • יוני 2025
    • פברואר 2025
    • נובמבר 2024
    • אוקטובר 2024
    • אוגוסט 2024
    • יולי 2024
    • מאי 2024
    • פברואר 2024
    • ספטמבר 2023
    • אוגוסט 2023
    • אפריל 2023
    • מרץ 2023
    • פברואר 2023
    • ינואר 2023
    • דצמבר 2022
    • נובמבר 2022
    • אוקטובר 2022
    • פברואר 2022
    • דצמבר 2021
    • דצמבר 2020
    • דצמבר 2019
    • אוקטובר 2019
    • ספטמבר 2019
    • אוגוסט 2019
    • יולי 2019
    • יוני 2019
    • מאי 2019
    • אפריל 2019
    • ינואר 2019
    • נובמבר 2018
    • אוקטובר 2018
    • ספטמבר 2018
    • יולי 2018
    • יוני 2018
    • מאי 2018
    • אפריל 2018
    • מרץ 2018
    • פברואר 2018
    • ספטמבר 2017
    • אוגוסט 2017
    • יולי 2017
    • יוני 2017
    • מאי 2017
    • אפריל 2017
    • מרץ 2017
    כלים
    • הרשמה
    • התחבר
    • פיד רשומות
    • פיד תגובות
    • WordPress.org
    תוכן עניינים:
    פרק א'
    • 1.14 קנה מידה בחלל
    • 1.13 האסטרונומיה כמדע
    • 1.12 מחקר מדעי מודרני
    • 1.11 מערכות ידע מדעיות
    • 1.10 תיאוריות מדעיות
    • 1.9 חקר מקרה – חיים על מאדים
    • 1.8 בדיקת השערות
    • 1.7 סימון מדעי
    • 1.6 תצפיות ואי-וודאות
    • 1.5  ממדים
    • 1.4  אומדן
    • 1.3 מדידות
    • 1.2 ראיות
    • 1.1 טבע המדע
    פרק ב'

    יש ללחוץ על כפתור העריכה כדי לשנות את הטקסט הזה. לורם איפסום דולור סיט אמט, קונסקטורר אדיפיסינג אלית קולהע צופעט למרקוח איבן איף, ברומץ כלרשט מיחוצים. קלאצי צש בלי

    מדיניות הפרטיות | כל הזכויות שמורות ל-שיר-שירותי ידע ברשת, אשדות יעקב איחוד © 2022
    Design by Visuali

    כלי נגישות

    גודל טקסט
    הצהרת נגישות
    by Studio Visuali
    logo

    אנחנו משתמשים בעוגיות

    אנו משתמשים בעוגיות כדי לשפר את חוויית הגלישה שלך, לנתח את השימוש באתר ולהתאים עבורך תוכן שיווקי. בלחיצה על "אישור הכל" אתה מאשר את השימוש בעוגיות. באפשרותך לנהל את העדפותיך, לדחות עוגיות שאינן הכרחיות או לקרוא עוד במדיניות הפרטיות שלנו.

    מדיניות פרטיות

    Visuali — Cookie Consent

    עוגיות הכרחיות

    עוגיות אלו נדרשות לתפקוד הבסיסי של האתר ולא ניתן לכבותן.

    עוגיות פונקציונליות

    מאפשרות לאתר לזכור את העדפותיך, כגון שפה או אזור.

    עוגיות אנליטיקה

    עוזרות לנו להבין כיצד המבקרים משתמשים באתר, לשם שיפור השירות.

    עוגיות שיווק

    משמשות להצגת פרסומות רלוונטיות עבורך ולמדידת אפקטיביות קמפיינים.

    גלילה לראש העמוד