במילים פשוטות, לא רק שהאמונה מהווה את עיקר המסה של היקום, אלא גם משמשת כפיגומים שעליהם נבנות גלקסיות. אך כדי למצוא עדויות למסה מסתורית ובלתי נראית זו, המדענים נאלצים להסתמך על שיטות עקיפות הדומות לאלה המשמשות לחקר חורים שחורים. בעיקרו של דבר, הם מודדים כיצד נוכחות חומר האפל משפיעה על כוכבים וגלקסיות בסביבתה.
עד היום האסטרונומים הצליחו למצוא עדויות לגושי חומר אפל סביב גלקסיות בינוניות וגדולות. שימוש בנתונים של טלסקופ החלל האבל וטכניקת תצפית חדשה, צוות אסטרונומים מ- UCLA ו- NASA JPL מצא שחומר אפל יכול ליצור גושים קטנים בהרבה ממה שחשבו בעבר. ממצאים אלה הוצגו השבוע בפגישה ה -235 של האגודה האמריקאית לאסטרונומיה (AAS).
התיאוריה המקובלת ביותר על חומר כהה קובעת שהיא אינה מורכבת מאותם דברים כמו בריוניים (המכונה גם חומר רגיל או "מאיר") - כלומר פרוטונים, נויטרונים ואלקטרונים. במקום זאת, תיאטרון כהה הוא תיאוריזי שיורכב ממין חלקיק תת-אטומי לא ידוע, אשר מתקשר עם חומר רגיל רק דרך כוח הכבידה, החלש מבין הכוחות הבסיסיים - האחרים הם כוחות גרעיניים אלקטרומגנטיים, חזקים וחלשים.
תיאוריה אחרת המקובלת על כך נערכת כי Dark Matter נע באטיות בהשוואה לסוגים של חלקיקים אחרים, ולכן הם נוטים להתגבש. בהתאם לרעיון זה, היקום צריך להכיל מגוון רחב של ריכוזי חומר אפל, החל מקטן לגדול. עם זאת, עד כה מעולם לא נצפו ריכוזים קטנים.
באמצעות נתונים שהושגה על ידי המצלמה הרחבה 3 של האבל (WFC3), צוות המחקר ביקש למצוא עדויות לגושים הקטנים הללו על ידי מדידת האור מהגרעינים הבהירים של שמונה גלקסיות רחוקות (aka quasars) כדי לראות כיצד הוא מושפע בזמן שהוא נוסע דרך החלל. טכניקה זו, המשמשת בדרך כלל על ידי אסטרונומים לחקר גלקסיות רחוקות, אשכולות כוכבים ואפילו אקסופלאנטים, מכונה עדשת כבידה.
טכניקה זו נשענת במקור על ידי תורת היחסות הכללית של איינשטיין, והיא מסתמכת על כוח הכבידה של חפצים קוסמיים גדולים כדי לעוות ולהגדיל אור מעצמים רחוקים יותר. דניאל גילמן מ- UCLA, שהיה חבר בצוות התצפית, הסביר כך את התהליך:
"דמיין שכל אחת משמונה הגלקסיות הללו היא זכוכית מגדלת ענקית. גושים קטנים של חומר אפל פועלים כסדקים קטנים בזכוכית המגדלת ומשנים את בהירותם ומיקומם של ארבע תמונות הקוואזאר בהשוואה למה שהייתם מצפים לראות אם הזכוכית הייתה חלקה. "
כפי שקיווה, האבל תמונות הראו כי האור שהגיע משמונה הקווארים הללו היה נתון לאפקט עדשה התואם את נוכחותם של גושים קטנים לאורך קו הראיה של הטלסקופ ובסביבות גלקסיות העדשות הקדמיות. שמונת הקווארסים והגלקסיות היו מיושרים בצורה כל כך מדויקת, עד שאפקט העיוות הוליד ארבע תמונות מעוותות של כל קוואזאר.
לאחר מכן, באמצעות תוכנות מחשוב משוכללות וטכניקות שחזור אינטנסיביות, השווה הצוות את רמת העיוות עם תחזיות כיצד יופיעו הקוואזרים ללא השפעת החומר האפל. מדידות אלה שימשו גם לחישוב ההמונים של ריכוזי החומר האפל, והצביעו על כך שהם היו פי 1 / 10,000 עד 1 / 100,000 המסה ממסה ההילה של Dark Milter של שביל החלב עצמו.
בנוסף לכך שהפעם הראשונה בה נצפתה ריכוזים קטנים, תוצאות הצוות מאשרות את אחת התחזיות הבסיסיות של תיאוריית "Dark Dark Matter". תיאוריה זו מניחה שמאחר שחומר כהה נע באיטיות (או "קר"), הוא מסוגל ליצור מבנים שנעים בין ריכוזים זעירים לכאלה אדירים שהם מספר פעמים המסה של שביל החלב.
תיאוריה זו קובעת גם כי כל הגלקסיות ביקום נוצרו בתוך עננים של חומר אפל המכונה "הילות" והשתלבו בתוכם. במקום עדויות על גושים בקנה מידה קטן, כמה חוקרים הציעו כי "חומר האפל" עשוי להיות "חם" - כלומר מהיר - ולכן מהיר מדי ליצור ריכוזים קטנים יותר.
עם זאת, התצפיות החדשות מציעות הוכחה מוחלטת לכך שהתיאוריה של חומר כהה קרה והמודל הקוסמולוגי שהוא תומך בהם - מודל Lambda Cold Dark Matter (? CDM) - נכונה. כפי שהסביר חבר הצוות פרופ 'תומסו טרו מאוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס (UCLA), אלה האחרונים האבל תצפיות מניבות תובנות חדשות על טבעו של החומר האפל וכיצד הוא מתנהג.
"ערכנו מבחן תצפית משכנע מאוד למודל החומר הכהה הקר וזה עובר בצבעים מעופפים," אמר. "לא ייאמן שאחרי קרוב לשלושים שנה של הפעלה, האבל מאפשרת השקפות חדישות לפיזיקה בסיסית ולאופי היקום שלא חלמנו עליו אפילו כשהטלסקופ הושק."
אנה נירנברג, חוקרת במעבדת ההנעה סילונית של נאס"א שהובילה את האבל הסקר שהוסבר בהמשך:
הציד אחר ריכוזי חומר אפל נטול כוכבים הוכיח אתגרי. אולם צוות המחקר האבל השתמש בטכניקה בה הם לא היו צריכים לחפש את ההשפעה הכבדית של הכוכבים כעקבות אחר חומר אפל. הצוות התמקד בשמונה "פנסי רחוב" קוסמיות וחזקות מרוחקות, המכונות קוואזרים (אזורים סביב חורים שחורים פעילים הפולטים כמויות אדירות של אור). האסטרונומים מדדו כיצד האור הנפלט על ידי חמצן וגז ניאון המקיף את כל החורים השחורים של הקווארס מעוות על ידי כוח המשיכה של גלקסיה חזקה מסיבית, הפועלת כעדשה מגדלת.
מספר המבנים הקטנים שהתגלו במחקר מציע רמזים נוספים לגבי טיבם של חלקיקי החומר האפל מכיוון שתכונותיהם ישפיעו על כמה גושים שנוצרים. עם זאת, סוג החלקיקים שמרכיב כהה מורכב ממנו נותר בגדר תעלומה לעת עתה. למרבה המזל, פריסת טלסקופי החלל מהדור הבא בעתיד הקרוב צפויה לעזור בכך.
אלה כוללים את טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) ואת טלסקופ סקר האינפרא אדום בשדה הרחב (WFIRST), שניהם מצפי אינפרא אדום שאמורים לעלות בעשור זה. בעזרת האופטיקה המתוחכמת שלהם, הספקטרומטרים, שדה הראייה הגדול והרזולוציה הגבוהה, טלסקופים אלו יוכלו להתבונן באזורים שלמים בחלל המושפעים מגלקסיות מסיביות, אשכולות גלקסיות והילות שלהם בהתאמה.
זה אמור לעזור לאסטרונומים לקבוע את האופי האמיתי של חומר האפל ואיך נראים החלקיקים המרכיבים אותו. יחד עם זאת, אסטרונומים מתכננים להשתמש באותם מכשירים בכדי ללמוד יותר על אנרגיה אפלה, תעלומה קוסמולוגית גדולה נוספת שניתן ללמוד רק בעקיפין לעת עתה. זמנים מרגשים עומדים לפנינו!
