כולם יודעים שגלקסיות הן אוספים עצומים של כוכבים. גלקסיה אחת יכולה להכיל מאות מיליארדים מהם. אבל יש סוג של גלקסיה שאין לה כוכבים. זה נכון: אפס כוכבים.
גלקסיות אלו נקראות גלקסיות אפלות, או גלקסיות חומר אפל. ובמקום להיות מורכבים מכוכבים, הם מורכבים בעיקר מחומר אפל. התיאוריה צופה שצריכות להיות רבות מהגלקסיות האפלות הננסיות הללו בהילה סביב גלקסיות 'רגילות', אך היה קשה למצוא אותן.
עכשיו, ב מאמר חדש שיתפרסם בכתב העת Astrophysical Journal, Yashar Hezaveh מאוניברסיטת סטנפורד בקליפורניה, וצוות עמיתיו, מכריזים על גילוי של אובייקט אחד כזה. הצוות השתמש ביכולות משופרות של מערך המילימטר הגדול של Atacamas כדי לבחון טבעת איינשטיין, שנקראה כך מכיוון שתורת היחסות הכללית של איינשטיין חזתה את התופעה הרבה לפני שנצפתה כזו.
טבעת איינשטיין היא כאשר כוח המשיכה המאסיבי של עצם קרוב מעוות את האור מעצם מרוחק הרבה יותר. הם פועלים בדומה לעדשה בטלסקופ, או אפילו זוג משקפי ראייה. מסת הזכוכית בעדשה מכוונת את האור הנכנס בצורה כזו שעצמים מרוחקים מוגדלים.
טבעות איינשטיין ועדשות כבידה מאפשרות לאסטרונומים לחקור עצמים רחוקים ביותר, על ידי התבוננות בהם דרך עדשת כוח הכבידה. אבל הם גם מאפשרים לאסטרונומים ללמוד יותר על הגלקסיה שמתפקדת כעדשה, וזה מה שקרה במקרה הזה.
אם על עדשת זכוכית היו כתמי מים זעירים, הכתמים הללו היו מוסיפים כמות זעירה של עיוות לתמונה. זה מה שקרה במקרה הזה, מלבד טיפות מים מיקרוסקופיות על עדשה, העיוותים נגרמו על ידי גלקסיות ננסיות זעירות המורכבות מחומר אפל. 'אנחנו יכולים למצוא את החפצים הבלתי נראים האלה באותו אופן שבו אתה יכול לראות טיפות גשם על חלון. אתה יודע שהם שם כי הם מעוותים את התמונה של אובייקטי הרקע', הסביר חזאווה. ההבדל הוא שהמים מעוותים את האור על ידי שבירה, ואילו החומר מעוות את האור על ידי כוח הכבידה.
כאשר מתקן ALMA הגדיל את הרזולוציה שלו, אסטרונומים חקרו אובייקטים אסטרונומיים שונים כדי לבחון את יכולותיו. אחד מהאובייקטים הללו היה SDP81, עדשת הכבידה בתמונה למעלה. כשהם בחנו את הגלקסיה המרוחקת יותר שעדשה באמצעות SDP81, הם גילו עיוותים קטנים יותר בטבעת של הגלקסיה הרחוקה. חזאווה וצוותו מסיקים שהעיוותים הללו מסמנים את נוכחותה של גלקסיה אפל גמדית.
אבל למה כל זה משנה? כי יש בעיה ביקום, או לפחות בהבנתנו אותו; בעיה של חסר מסה.
ההבנה שלנו לגבי היווצרות מבנה היקום היא די מוצקה, לפחות בקנה מידה גדול יותר. התחזיות המבוססות על מודל זה מתאימות לתצפיות על רקע המיקרוגל הקוסמי (CMB) וצבירת גלקסיות. אבל ההבנה שלנו מתקלקלת במקצת כשמדובר במבנה בקנה מידה קטן יותר של היקום.
דוגמה אחת לחוסר ההבנה שלנו בתחום זה היא מה שמכונה בעיית הלוויין החסרים. התיאוריה צופה שצריכה להיות אוכלוסייה גדולה של מה שנקרא אובייקטים תת-הילה בהילה של החומר האפל המקיפה את הגלקסיות. עצמים אלה יכולים לנוע בין דברים גדולים כמו העננים המגלן ועד לאובייקטים קטנים בהרבה. בתצפיות של הקבוצה המקומית, קיים גירעון בולט של עצמים אלה, בגובה של 10, בהשוואה לתחזיות תיאורטיות.
מכיוון שלא מצאנו אותם, אחד משני דברים צריך לקרות: או שנשתפר בלמצוא אותם, או שנשנה את התיאוריה שלנו. אבל זה נראה קצת מוקדם מדי לשנות את התיאוריות שלנו לגבי מבנה היקום כי לא מצאנו משהו שמטבעו קשה למצוא. לכן ההכרזה הזו כל כך חשובה.
התצפית והזיהוי של אחת מהגלקסיות האפלות הננסיות הללו אמורות לפתוח את הדלת לעוד. ברגע שיימצאו עוד, נוכל להתחיל לבנות מודל של האוכלוסייה והתפוצה שלהם. אז אם בעתיד יימצאו יותר מהגלקסיות האפלות הננסיות הללו, זה יאשר בהדרגה את ההבנה הכוללת שלנו לגבי היווצרותו ומבנהו של היקום. וזה אומר שאנחנו בדרך הנכונה בכל הנוגע להבנת תפקידו של החומר האפל ביקום. אם אנחנו לא יכולים למצוא אותם, וזה הקשור להילה של SDP81 מתברר כאנומליה, אז זה חוזר ללוח השרטוט, תיאורטית.
נדרשו כוחות סוס רבים כדי לזהות את הגלקסיה האפלה הגמדית הקשורה ל-SDP81. טבעות איינשטיין כמו SDP81 צריכות להיות בעל מסה עצומה כדי להפעיל אפקט עדשת כבידה, בעוד שגלקסיות כהות ננסיות הן זעירות בהשוואה. זו בעיה קלאסית של 'מחט בערימת שחת', וחיזווה והצוות שלו היו זקוקים לכוח מחשוב מסיבי כדי לנתח את הנתונים מ-ALMA.
ALMA תהיה מורכבת מ-66 אנטנות בודדות כמו אלה כשהיא תושלם. המתקן ממוקם במדבר אטקמה בצ'ילה, בגובה 5,000 מטר מעל פני הים. קרדיט: ALMA (ESO / NAOJ / NRAO)
ALMA, והמתודולוגיה שפותחו על ידי Hezaveh והצוות ישפוך אור נוסף על גלקסיות אפלות ננסיות בעתיד. הצוות חושב של-ALMA יש פוטנציאל גדול לגלות יותר מעצמי הילה אלה, מה שאמור בתורו לשפר את ההבנה שלנו לגבי מבנה היקום. כפי שהם אומרים בסיום המאמר שלהם, '... לתצפיות ALMA יש פוטנציאל לקדם משמעותית את ההבנה שלנו לגבי שפע התשתית של החומר האפל.'