כולם יודעים שגלקסיות הן אוספי כוכבים עצומים. גלקסיה יחידה יכולה להכיל מאות מיליארדים מהם. אבל יש סוג של גלקסיה שאין לה כוכבים. זה נכון: אפס כוכבים.
גלקסיות אלה נקראות גלקסיות כהות, או גלקסיות חומר חשוך. ולא מורכבים מכוכבים, הם מורכבים בעיקר מחומר אפל. התיאוריה צופה שצריכים להיות רבים מהגלקסיות הגמדיות האפלות האלה בהילה סביב הגלקסיות 'הרגילות', אבל למצוא אותן היה קשה.
כעת, במאמר חדש שפורסם בכתב העת Astrophysical, ישר החזבה באוניברסיטת סטנפורד בקליפורניה, וצוות חבריו לעבודה, מכריזים על גילוי של אובייקט אחד כזה. הצוות השתמש ביכולות משופרות של מערך המילימטר הגדול של אטקאמאס בכדי לבחון טבעת איינשטיין, שנקראה כך מכיוון שתורת היחסות הכללית של איינשטיין ניבאה את התופעה הרבה לפני שנצפתה אחת.
טבעת איינשטיין היא כאשר כוח המשיכה העצום של עצם קרוב מעוות את האור מאובייקט הרבה יותר רחוק. הם פועלים בדומה לעדשה בטלסקופ, או אפילו לזוג משקפיים. מסת הזכוכית בעדשה מכוונת אור נכנס בצורה כזו שמוגדלים עצמים מרוחקים.
טבעות איינשטיין ועדשות כבידה מאפשרות לאסטרונומים ללמוד עצמים רחוקים במיוחד, על ידי התבוננות בהם דרך עדשת הכובד. אבל הם גם מאפשרים לאסטרונומים ללמוד יותר על הגלקסיה שמשמשת כעדשה, וזה מה שקרה במקרה זה.
אם היו על עדשת זכוכית כתמי מים זעירים, אותם כתמים היו מוסיפים כמות זעירה של עיוות לתמונה. זה מה שקרה במקרה זה, למעט טיפות מים מיקרוסקופיות על העדשה, העיוותים נגרמו על ידי גלקסיות גמד זעירות המורכבות מחומר אפל. "אנו יכולים למצוא חפצים בלתי נראים אלה באותה דרך בה ניתן לראות טיפות גשם על חלון. אתה יודע שהם שם כי הם מעוותים את הדימוי של חפצי הרקע ", הסביר חיזבה. ההבדל הוא שמים מעוותים אור על ידי שבירה, ואילו חומר מעוות את האור על ידי כוח הכבידה.
כאשר מתקן ALMA הגדיל את הרזולוציה שלו, אסטרונומים למדו חפצים אסטרונומיים שונים כדי לבדוק את יכולותיו. אחד האובייקטים הללו היה SDP81, עדשת הכבידה בתמונה לעיל. כאשר בדקו את הגלקסיה הרחוקה יותר שעודכנה עדשות SDP81, הם גילו עיוותים קטנים יותר בטבעת הגלקסיה הרחוקה. חיזבה וצוותו מסיקים כי עיוותים אלה מסמנים נוכחות של גלקסיית גמד כהה.
אבל מדוע כל זה משנה? מכיוון שיש בעיה ביקום, או לפחות בהבנתנו את זה; בעיה של מיסה חסרה.
ההבנה שלנו של היווצרות מבנה היקום די מוצקה, לפחות בהיקף הגדול יותר. תחזיות המבוססות על מודל זה מסכימות עם תצפיות על רקע המיקרוגל הקוסמי (CMB) וקבוצת הגלקסיות. אבל ההבנה שלנו נשברת מעט כשמדובר במבנה הקטן יותר של היקום.
דוגמה אחת לחוסר ההבנה שלנו בתחום זה היא מה שמכונה בעיית הלוויין החסרה. התיאוריה חוזה שצריכה להיות אוכלוסייה גדולה של מה שמכונה חפצי תת הילה בהילה של החומר האפל שמסביב לגלקסיות. עצמים אלה יכולים לנוע בין דברים גדולים כמו העננים המגלניים למטה לחפצים קטנים בהרבה. בתצפיות על הקבוצה המקומית, ישנו גירעון בולט של אובייקטים אלה, לפי הגודל של גורם 10, בהשוואה לתחזיות תיאורטיות.
מכיוון שלא מצאנו אותם, אחד משני דברים צריך לקרות: או שאנחנו משתכללים למצוא אותם, או שאנחנו משנים את התיאוריה שלנו. אבל נראה שמוקדם מדי לשנות את התיאוריות שלנו לגבי מבנה היקום מכיוון שלא מצאנו משהו שמטבעו קשה למצוא. לכן ההודעה הזו כל כך חשובה.
התבוננות וזיהוי של אחת מהגלקסיות הגמירות האפלות הללו צריך לפתוח את הדלת לעוד. לאחר שנמצא עוד, נוכל להתחיל לבנות מודל של אוכלוסייתם והתפלגותם. כך שאם בעתיד יימצאו יותר מהגלקסיות הגלויות האפלות הללו, זה יאשר בהדרגה את הבנתנו המוחצנת של היווצרות היקום ומבנהו. וזה אומר שאנחנו בדרך הנכונה כשמדובר בהבנת תפקידו של Dark Matter ביקום. אם לא נוכל למצוא אותם, וזה שקשור להילה של SDP81 מתגלה כאנמיה, אז זה בחזרה ללוח השרטוט, תיאורטית.
דרוש הרבה כוחות סוס כדי לזהות את הגלקסיה האפלת הגמורה המחוברת ל- SDP81. טבעות איינשטיין כמו SDP81 חייבות להיות בעלות מסה אדירה על מנת להפעיל אפקט עדשה כבידה, ואילו גלקסיות גמד כהות גמדיות הן זעירות בהשוואה. זו בעיה "מחט בערימת שחת" קלאסית, וחזבה וצוותו היו זקוקים לכוח מחשוב מסיבי כדי לנתח את הנתונים של ALMA.
ALMA, והמתודולוגיה שפותחה על ידי חיזבה וצוות, יש לקוות עוד יותר אור על הגלקסיות הגמירות של הגמדים בעתיד. הצוות חושב של- ALMA יש פוטנציאל גדול לגלות יותר מחפצי ההילה הללו, שאמורים לשפר את הבנתנו את מבנה היקום. כפי שהם אומרים במסקנה של המאמר שלהם, "... לתצפיות של ALMA יש פוטנציאל לקדם משמעותית את ההבנה שלנו לגבי שפע תת-המבנה של החומר האפל."
