בפברואר 2016, מדענים העובדים במצפה הכוכבים של גל ההבדלים בלייזר (LIGO) עשו היסטוריה כאשר הודיעו על איתורם הראשון של גלי הכבידה. מאז אותה תקופה התרחשו איתורים מרובים ושיתופי פעולה מדעיים בין מצפה הכוכבים - כמו Advanced LIGO ו- Advanced Virgo - מאפשרים רמות חסרות תקדים של רגישות ושיתוף נתונים.
אירוע זה לא רק אישר חיזוי בן מאה שנה שנעשה על ידי תורת היחסות הכללית של איינשטיין, הוא גם הביא למהפכה באסטרונומיה. זה גם עורר את תקוותיהם של כמה מדענים שהאמינו כי חורים שחורים יכולים להסביר את "המסה החסרה" של היקום. למרבה הצער, מחקר חדש שנערך על ידי צוות של פיסיקאים של UC Berkeley הראה כי חורים שחורים אינם המקור המבוקש של Dark Matter.
המחקר שלהם, "מגבלות על אובייקטים קומפקטיים-המוניים כמו חומר אפל מהעדשת הכבידה של Supernovae מסוג Ia", הופיע לאחרונה בספר מכתבי ביקורת גופנית. את המחקר הוביל מיגל זומאלקרארו, עמית מארי קירי גלובל במרכז ברקלי לפיזיקה קוסמולוגית (BCCP), בתמיכתו של אורוס סלג'אק - פרופסור לקוסמולוגיה ומנהל משותף של ה- BCCP.
אם לומר זאת בפשטות, Dark Matter נותר אחד התעלומות החמקמקות והבעיות ביותר העומדות בפני אסטרונומים כיום. למרות העובדה שהוא מהווה 84.5% מהעניין ביקום, כל הניסיונות לגלות אותו עד כה נכשלו. הוצעו מועמדים רבים, שנעים בין חלקיקים אולטרה-סיביים (צירים) ועד חלקיקים מאסיביים חלשים (WIMPS) וחפצי Halo-Massive Compact (MACHOs).
עם זאת, מועמדים אלה נעים בהמוניהם לפי סדר של 90, אותם ניסו כמה תאורטיקנים לפתור בכך שהם מציעים שיכולים להיות סוגים רבים של חומר אפל. עם זאת, הדבר ידרוש הסברים שונים למקורם, שרק יסבכו את המודלים הקוסמולוגיים עוד יותר. כפי שהסביר מיגל זומלקארגוי בהודעה לעיתונות האחרונה של UC ברקלי:
"אני יכול לדמיין שמדובר בשני סוגים של חורים שחורים, כבד מאוד וקל מאוד, או חורים שחורים וחלקיקים חדשים. אבל במקרה זה אחד המרכיבים הוא סדרי גודל כבדים יותר מהשני, והם צריכים להיות מיוצרים בשפע דומה. היינו עוברים ממשהו אסטרופיזי למשהו שהוא באמת מיקרוסקופי, אולי אפילו הדבר הקל ביותר ביקום, וזה יהיה קשה מאוד להסביר. "
לצורך המחקר, הצוות ביצע ניתוח סטטיסטי של 740 מהסופרנובות הבהירות ביותר שהתגלו (נכון לשנת 2014) כדי לקבוע אם מישהו מהם הוגדל או הוארך על ידי נוכחות של חור שחור מתערב. תופעות אלה, בהן כוח הכבידה של עצם גדול מעצים את האור שמגיע מחפצים רחוקים יותר מכונה "עדשת כבידה".
בעיקרון, אם חורים שחורים היו הצורה הדומיננטית של היקום ביקום, אז סופרנובות מוגדלות בכבידה היו מתרחשות לעתים קרובות למדי בגלל חורים שחורים קדומים. על פי ההערכה, צורות היפותטיות אלה של חור שחור נוצרו תוך אלפיות השנייה הראשונות לאחר המפץ הגדול בחלקים של היקום בהם התרכזה המסה בעשרות או מאות מסות שמש, וגרמה לחורים השחורים הקדומים ביותר להיווצר.
נוכחות אוכלוסיית החור השחור הזה, כמו גם כל עצמים קומפקטיים מאסיביים, היו מתכופפים ומעצימים את האור מחפצים רחוקים בדרכם לכדור הארץ. זה נכון במיוחד לגבי סופרנובות מסוג Ia רחוקות, שהאסטרונומים השתמשו בהן במשך עשרות שנים כמקור הבהירות הסטנדרטי למדידת מרחקים קוסמיים והקצב בו היקום מתרחב.
עם זאת, לאחר שערך ניתוח סטטיסטי מורכב של נתונים על בהירותם ומרחקם של 740 סופרנובות - 580 באיחוד ו- 740 בקטלוגים המשותפים לניתוח עקומות האור (JLA) - הצוות הגיע למסקנה כי שמונה מהסופרנובות צריכות להיות בהירות יותר על ידי עשיריות אחוז בודדות ממה שנצפה היסטורית. עם זאת, לא התגלה התבהרות כזו, אפילו כשנוספו חורים שחורים בעלי מסה נמוכה.
"אתה לא יכול לראות את ההשפעה הזו על סופרנובה אחת, אבל כשאתה מחבר את כולם ועושה ניתוח בייסי מלא, אתה מתחיל לשים אילוצים חזקים מאוד על העניין האפל, מכיוון שכל סופרנובה סופרת ויש לך כל כך הרבה כאלה," אמר זומלאקרארוי.
מהניתוח שלהם הם הגיעו למסקנה כי חורים שחורים יכולים להרכיב לא יותר מ- 40% מהחומר האפל ביקום. לאחר שכלל 1,048 סופרנובות בהירות יותר מקטלוג הפנתיאון (ובמרחקים גדולים יותר), האילוצים הפכו לחמורים עוד יותר. עם מערך הנתונים השני הזה הם השיגו גבול עליון נמוך יותר - 23% - מאשר בניתוח המקורי שלהם.
תוצאות אלה מראות שאף אחד מהחומרים האפלים של היקום לא מורכב מחורים שחורים כבדים, או מחפצים מסיביים דומים כמו MACHOs. "חזרנו לדיונים הסטנדרטיים," אמר סלג'אק. "מה זה חומר אפל? אכן, אין לנו אפשרויות טובות. זה אתגר לדורות הבאים. "
מחקר זה התבסס על מחקר קודם שנערך על ידי סלג'אק בסוף שנות התשעים, כאשר מדענים שקלו MACHOs וחפצים מאסיביים אחרים כמקור אפשרי לחומר אפל. עם זאת, המחקר היה מוגבל בשל העובדה שרק מספר קטן של סופרנובות מסוג Ia רחוק התגלו או שנמדדו מרחקיהם באותה עת.
בנוסף, החיפוש אחר "Dark Matter" עבר זמן קצר לאחר מכן מחפצים גדולים לחלקיקים יסודיים (כמו WIMPs). כתוצאה מכך, תוכניות המעקב שנלמדו לא התממשו. אך בזכות תצפיות ה- LIGO על גלי הכבידה, הקשר האפשרי בין חורים שחורים לחומר אפל שוב התגלה והעניק השראה לסלג'אק וזומלקארגוי לבצע את הניתוח שלהם.
"מה שהיה מסקרן הוא שהמוני החורים השחורים באירוע ה- LIGO היו במקום בו עדיין לא הוחרגו חורים שחורים כחומר אפל", אמר סלג'אק. "זה היה צירוף מקרים מעניין שריגש את כולם. אבל זה היה צירוף מקרים. "
התיאוריה של חומר האפל אומצה רשמית בשנות השבעים, במהלך "תור הזהב של היחסות", כדי להסביר את הפערים בין המסה לכאורה של עצמים ביקום והשפעות הכבידה שלהם נצפו. נראה כי חצי מאה לאחר מכן, אנו עדיין מנסים לאתר את המיסה המסתורית והבלתי נראית הזו. אך עם כל מחקר, מונחים אילוצים נוספים על Dark Matter ומועמדים אפשריים מבוטלים.
זמן נתון, אנו עשויים פשוט לפתוח את התעלומה הקוסמולוגית הזו ולהיות צעד אחד קרוב יותר להבנת האופן בו התפתח היקום והתפתח.
