קרני גאמה - האור הבהיר והחזק ביותר ביקום - מפליגים על פני השמים בלתי נראים לעיני האדם. התפרצויות קרינה אנרגטיות במיוחד יוצרות מתוך פיצוצי סופרנובה, נוצצות מכוכבי נויטרונים מתנגשים ונזרקות מהחורים השחורים הכי רעבים.
כאשר אסטרונומים יכולים לתפוס אותם באמצעות טלסקופים מקרני גאמה, זיקוקין בלתי נראים אלה מצביעים לכמה מהמבנים הנפיצים ביותר של היקום. כעת, צוות חוקרים בינלאומי מקווה שאותן קרני עוצמה יכולות גם להוביל למשהו מוזר וחמקמק יותר - החומר הבלתי נראה המכונה חומר אפל.
במחקר חדש שהתקבל לפרסום בכתב העת Physical Review Letters, ומפורט במאגר ההדפסים המקדימים arXiv, החוקרים בדקו את מה שהם מכנים "רקע קרני הגמא הבלתי פתור" - כלומר כל קרני הגמא הקלושה והמסתורית. נותנים אותות שנותרו אחרי מקורות ידועים כמו חורים שחורים וסופרנובות. כאשר הצוות הצוות השווה מפה של קרני גאמה לא פתורות לבין מפה של צפיפות חומר באותו חלק ביקום, הם גילו שהקרניים התיישרו בדיוק עם אזורים מאסיביים בכבידה, בהם ניבא החומר האפל להסתתר.
על פי מחבר-המחקר דניאל גרואן, מתאם זה מצביע על כך שחומר אפל עשוי להיות אחראי במידה רבה לרקע קרני הגמא הקלושה של היקום. אם זה המקרה, זה יכול לתת לאסטרונומים כמה רמזים חיוניים לגבי תכונות החומר המסתורי.
גרן, אסטרופיזיקאי במעבדת המאיץ הלאומי של SLAC באוניברסיטת סטנפורד בקליפורניה, אמר גרן, אסטרופיזיקאי ממחלקת המעבדה הלאומית להאצת SLAC באוניברסיטת סטנפורד בקליפורניה. "או שאולי חלקיקים רבים של חומר אפל מתנגשים ומייצרים קרני גאמה תוך כדי אינטראקציה."
אדוות בחושך
חומר אפל נחשב כ- 85% ממסת היקום, אם כי החוקרים עדיין לא בטוחים מה או היכן הוא נמצא. הדברים בלתי נראים לחלוטין במכשירים מדעיים מודרניים, הדברים מעולם לא התגלו בהצלחה.
"אנחנו כן יודעים כמה מהתכונות של החומר האפל", אמר גרון. "אנו יודעים שזה נפוץ מאוד, ואנחנו יודעים שיש לו מסה שמתקיימת אינטראקציה בכבידה עם מסה אחרת."
במילים אחרות, למרות שהחומר האפל אינו נראה, הוא משפיע לעין על היקום דרך כוח הכובד העוצמתי שלו. אחת ההשפעות הללו מכונה עדשת כבידה - למעשה, איך האור מהגלקסיות הרחוקות מתעוות מכוח המשיכה של העצמים המסיביים שהוא מעביר בדרכו לכדור הארץ.
לצורך המחקר החדש, החוקרים בדקו מפה של עדשות כבידה בכניסה מסוימת של היקום, שהורכבה על ידי פרויקט בשם סקר האנרגיה האפלה (DES). המצלמה הייעודית של הסקר, שהוצבה על טלסקופ ענק בצ'ילה, בילתה שנה בצילומי תמונות בהבחנה גבוהה של מאות מיליוני גלקסיות, תוך התמקדות במקום בו האור המרוחק הוא המעצבן ביותר מכיסי כוח הכבידה העז. בעוד שכמה מהאזורים המסיביים ביותר במפה שהתקבלה תואמים לגלקסיות ידועות, כיסים חסרי כושר אחרים ככל הנראה מראים את ההשפעה הנסתרת של החומר האפל בעבודה, אמר גרון.
כדי להבין טוב יותר כיצד יכולה להראות השפעה זו, השוו החוקרים את המפה המונית הזו עם מפה של פליטות קרני גאמא שהתגלתה באותו אזור על ידי טלסקופ ה- Fermi-ray של נאס"א בתשע השנים האחרונות. באמצעות מודל מתמטי, הצוות הסיר את כל הקרינה שניתן לקשור באופן סופי למקורות "ארציים" כמו חורים שחורים וסופרנובות, על סמך תפוקת האנרגיה שלהם, המרחק וגורמים שונים אחרים.
כעת, כשנשארו רק עם המקורות המסתוריים "בלתי פתורים" של קרני הגמא, הצוות השווה בין שתי המפות. הם ראו חפיפה ברורה בין אזורים של קרינת קרני gamm גבוהה לאזורים עם המון המונים.
"זה המחקר הראשון בו היינו בטוחים שבמקום שיש הרבה קרני גאמה, יש גם הרבה חומר אפל", אמר גרון.
אם החומר האפל באמת פולט קרני גאמה, זה יכול לצמצם ברצינות את האופן בו הוא מתגלה ומה הוא בעצם עשוי. עם זאת, עדיין יתכן שרקע קרני הגמא הקלושה במפת פרמי אינו קשור לחומר אפל, אמר גרון. המודל המתמטי בו השתמשו החוקרים בכדי להשמיד את אותם מקורות "ארציים" לפליטות קרני גאמא (כמו חורים שחורים) מבוסס על הנחות מסוימות לגבי תכונותיהם של אותם עצמים. אם ההנחות הללו אינן שגויות, חורים שחורים רחוקים יכולים להיות אחראים ל הרבה יותר מרקע קרני הגמא המסתורית מאשר החוקרים.
"אולי המודל הזה לא שלם, ואולי אנחנו למעשה לומדים משהו על החורים השחורים הפולטים בגמא," אמר גרון. "אולי, החורים השחורים האלה חיים בגלקסיות מסיביות יותר ממה שחשבנו."
נתונים נוספים על קרני הגמא והעדשת הכבידה יעזרו לצוות לחדד את המודל שלהם ולפרש טוב יותר את מפות היקום שלהם. מאז סיום המחקר, ה- DES אסף שש פעמים מידע נוסף על התפלגות ההמונים של היקום, ולוויין FERMI נותר אחד מהרבים מהטלסקופים העוקבים אחר פיצוצי קרני גאמא. מחקר המשך המראה תוצאות ברורות עוד יותר אמור לעקוב בשנים הקרובות, אמר גרון.
