חומר כהה היה משהו של תעלומה מאז שהוצע לראשונה. בנוסף לנסות למצוא עדויות ישירות לקיומה, מדענים בילו בעשורים האחרונים גם בפיתוח מודלים תיאורטיים כדי להסביר כיצד זה עובד. בשנים האחרונות התפיסה הפופולרית הייתה שמאפיין כהה הוא "קר", ומופץ בגושים ברחבי היקום, תצפית הנתמכת על ידי נתוני המשימה פלאנק.
עם זאת, מחקר חדש שהופק על ידי צוות חוקרים בינלאומי מצייר תמונה אחרת. החוקרים החוקרים השתמשו בנתונים של סקר קילוגרם תואר (KiDS), וחקרו כיצד האור שהגיע ממיליוני גלקסיות רחוקות הושפע מההשפעה הכבדית של החומר על הגדולות בקנה המידה. מה שהם מצאו היה ש- Dark Matter נראה מופץ בצורה חלקה יותר בחלל ממה שחשבו בעבר.
בחמש השנים האחרונות סקר KiDS משתמש בטלסקופ VLT Survey (VST) - הטלסקופ הגדול ביותר במצפה הכוכבים La Silla Paranal של ESO בצ'ילה - כדי לסקור 1500 מעלות מרקיע של שמי הלילה הדרומיים. נפח שטח זה עבר פיקוח בארבע להקות (UV, IR, ירוק ואדום) באמצעות עדשות כבידה חלשות ומדידות משמרות אדומות פוטומטריות.
בהתאם לעמדת היחסות הכללית של איינשטיין, עדשת הכבידה כוללת לימוד כיצד שדה הכבידה של עצם מסיבי יכופף אור. בינתיים, משמרת אדומה מנסה לאמוד את המהירות בה גלקסיות אחרות מתרחקות משלנו על ידי מדידת המידה בה האור שלהם מועבר לקצה האדום של הספקטרום (כלומר אורך הגל שלו מתארך ככל שהמקור מתרחק).
עדשת כבידה מועילה במיוחד כשמדובר בקביעת היקום של היקום. המודל הקוסמולוגי הנוכחי שלנו, המכונה מודל Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), קובע כי אנרגיה כהה אחראית להאצה המאוחרת בהתרחבות היקום, וכי חומר כהה מורכב מחלקיקים מסיביים שאחראים ליצירת מבנה קוסמולוגי.
צוות המחקר בדק וריאציה קלה בטכניקה זו המכונה "טהור קוסמי", על ידי אור מגומי גלקסיות רחוקות כדי לקבוע כיצד הוא מעוות על ידי נוכחותם של המבנים הגדולים ביקום (כמו אשכולות-על ונימה). כפי שאמר ד"ר הנדריק הילדברנדט - אסטרונום ממכון ארגלנדר לאסטרונומיה (AIfA) וסופר הראשי של העיתון - באמצעות מגזין Space Magazine באמצעות הדוא"ל:
"בדרך כלל חושבים על מסה אחת גדולה כמו אשכול גלקסי הגורם לסטיית האור הזו. אבל יש גם חומר בכל רחבי היקום. האור מהגלקסיות הרחוקות מוסח ללא הרף על ידי מבנה זה בקנה מידה גדול. התוצאה היא שגלקסיות שקרובות לשמיים "מצביעות" באותו כיוון. זו השפעה זעירה, אך ניתן למדוד אותה בשיטות סטטיסטיות מדגימות גלקסיות גדולות. כשמדדנו עד כמה גלקסיות "מצביעות" באותו כיוון נוכל להסיק מכך את המאפיינים הסטטיסטיים של המבנה בקנה מידה גדול, למשל צפיפות החומר הממוצעת ועד כמה החומר מגושם / מקובץ. "
על ידי שימוש בטכניקה זו, צוות המחקר ביצע ניתוח של 450 מעלות מרובעות של נתוני KiDS, התואמים לכ -1% מכל השמים. בתוך נפח זה של החלל, נצפתה כיצד האור המגיע מכ- 15 מיליון גלקסיות אינטראקציה עם כל החומר שנמצא בינם לבין כדור הארץ.
בשילוב התמונות החדות ביותר שהושגו על ידי VST עם תוכנת מחשב מתקדמת, הצליח הצוות לבצע את אחת המדידות המדויקות ביותר שנעשו אי פעם בגזירה קוסמית. באופן מעניין, התוצאות לא היו בקנה אחד עם אלה שהופקו על ידי משימת ה- Planck של ESA, שהייתה עד היום המיפוי המקיף ביותר של היקום.
משימת פלאנק סיפקה מידע מפורט ומדויק להפליא על רקע מיקרוגל מיקרוגל (CMB). זה עזר לאסטרונומים למפות את היקום הקדום, כמו גם לפתח תיאוריות לגבי אופן ההפצה של החומר בתקופה זו. כפי שהסביר הילדברנדט:
"פלאנק מודד פרמטרים קוסמולוגיים רבים בדיוק מדויק מתנודות הטמפרטורות של הרקע הקוסמי הקוסמי, כלומר תהליכים פיזיים שהתרחשו 400,000 שנה לאחר המפץ הגדול. שניים מאותם פרמטרים הם צפיפות החומר הממוצעת של היקום ומדד לחזקה של חומר זה. בעזרת גזירה קוסמית אנו מודדים גם את שני הפרמטרים הללו אך זמנים קוסמיים מאוחרים בהרבה (לפני כמה מיליארד שנים או ~ 10 מיליארד שנים אחרי המפץ הגדול), כלומר בעברנו האחרון יותר. "
עם זאת, הילדברנדט וצוותו מצאו ערכים לפרמטרים אלה שהיו נמוכים משמעותית מאלו שנמצאו על ידי פלאנק. בעיקרון, תוצאות הגזירה הקוסמית שלהם מראות שיש פחות חומר ביקום וכי הוא פחות מקובץ ממה שחזה תוצאות פלאנק. תוצאות אלה עשויות להשפיע בשנים האחרונות על מחקרים קוסמולוגיים ופיזיקה תיאורטית.
כפי שהיא עומדת, Dark Matter נותר בלתי ניתן לגילוי בשיטות סטנדרטיות. כמו חורים שחורים, ניתן להסיק את קיומו רק מההשפעות הכבידתיות הנצפות שיש לו על חומר גלוי. במקרה זה, נוכחותו ואופיו הבסיסי נמדדים לפי האופן בו הוא השפיע על התפתחות היקום במהלך 13.8 מיליארד השנים האחרונות. אך מכיוון שנראה שהתוצאות מנוגדות, אסטרונומים עשויים כעת לשקול מחדש כמה מהרעיונות שקיבלו בעבר.
"יש כמה אפשרויות: מכיוון שאיננו מבינים את המרכיבים הדומיננטיים ביקום (חומר אפל ואנרגיה אפלה) אנו יכולים לשחק עם התכונות של שניהם," אמר הילדברנדט. "למשל, צורות שונות של אנרגיה אפלה (מורכבות יותר מהאפשרות הפשוטה ביותר, שהיא" הקבוע הקוסמולוגי "של איינשטיין) יכולות להסביר את המדידות שלנו. אפשרות מרגשת נוספת היא שזהו סימן לכך שחוקי הכובד בסדר גודל של היקום שונים מהיחסות הכללית. כל מה שאנחנו יכולים לומר לעת עתה זה שמשהו לא נראה בסדר! "
