הדמיות ממוחשבות אסטרונומיות מצביעות על ראיות חזקות לקיומו של חומר אפל, הנתמכות על ידי תצפיות על מאפייני גלקסיה שקשה להסביר בלעדיו. חוקרים, כולל צוות מאוניברסיטת קליפורניה, אירווין, השתמשו בתצפיות אלה כדי לבדוק ולחזק את מודל החומר האפל מול תיאוריות חלופיות. גישה זו, המתוארת בהודעות החודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה, מאשרת את החומר האפל כמרכיב חיוני בהבנת מבנה היקום והדינמיקה של היקום.
הבדיקות כוונו לקיומו של החומר החמקמק, למרות שמעולם לא נצפה.
הדמיות מחשב של אסטרונומים, כולל אלה באוניברסיטת קליפורניה, אירווין, תומכות בקיומו של החומר האפל. למרות שחומר אפל לא זוהה ישירות, פיסיקאים רבים מאמינים שהוא חייב להתקיים כדי להסביר תופעות שונות ביקום הנצפה.
העבודה עוסקת בוויכוח יסודי באסטרופיזיקה – האם חומר אפל בלתי נראה צריך להתקיים כדי להסביר כיצד היקום פועל כפי שהוא פועל, או האם פיזיקאים יכולים להסביר כיצד דברים עובדים רק על סמך החומר שאנו יכולים לצפות בו ישירות? נכון לעכשיו, פיזיקאים רבים חושבים שמשהו כמו חומר אפל חייב להתקיים כדי להסביר את תנועות הכוכבים והגלקסיות.
בדיקת מודלים של היקום
"המאמר שלנו מראה כיצד אנו יכולים להשתמש במערכות יחסים אמיתיות ונצפו כבסיס לבדיקת שני מודלים שונים לתיאור היקום", אמר פרנסיסקו מרקאדו, מחבר ראשי ודוקטורט לאחרונה. בוגר המחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה של UC Irvine שהוא כעת פוסט-דוקטורט במכללת פומונה. "הצגנו מבחן רב עוצמה כדי להבחין בין שני הדגמים."
הבדיקה כללה הפעלת הדמיות מחשב עם שני סוגי החומר – רגיל ואפל – כדי להסביר את נוכחותן של תכונות מסקרנות שנמדדו בגלקסיות אמיתיות. הצוות דיווח על תוצאותיו ב הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה.
המאפיינים בגלקסיות שמצא הצוות "צפויות להופיע ביקום עם חומר אפל, אבל יהיה קשה להסביר אותם ביקום בלעדיו", אמר מרקאדו. "אנו מראים שתכונות כאלה מופיעות בתצפיות על גלקסיות אמיתיות רבות. אם ניקח את הנתונים האלה כערך נקוב, זה מאשש מחדש את מיקומו של מודל החומר האפל כאחד שמתאר בצורה הטובה ביותר את היקום בו אנו חיים".
מאפיינים אלה שציין מרקאדו מתארים דפוסים בתנועות של כוכבים וגז בגלקסיות שנראה שאפשריות רק ביקום עם חומר אפל.
עקביות תצפיתית ותמיכה תיאורטית
"נראה כי הגלקסיות הנצפות מצייתות לקשר הדוק בין החומר שאנו רואים לבין החומר האפל המשוער שאנו מגלים, עד כדי כך שיש שהציעו שמה שאנו מכנים חומר אפל הוא באמת עדות לכך שתיאוריית הכבידה שלנו שגויה", אמר שותף. הסופר ג'יימס בולוק, פרופסור לפיזיקה ב-UCI ודיקן בית הספר למדעי הפיזיקה של UCI. "מה שהראינו הוא שלא רק שחומר אפל מנבא את הקשר, אלא שעבור גלקסיות רבות, הוא יכול להסביר את מה שאנו רואים באופן טבעי יותר מאשר כוח משיכה שונה. אני יוצא משוכנע עוד יותר שחומר אפל הוא הדגם הנכון".
התכונות מופיעות גם בתצפיות שנעשו על ידי חסידי יקום נטול חומר אפל. "התצפיות שבדקנו – עצם התצפיות שבהן מצאנו את המאפיינים האלה – נערכו על ידי חסידי תיאוריות נטולות חומר אפל", אמר מחבר שותף חורחה מורנו, פרופסור חבר לפיזיקה ואסטרונומיה במכללת פומונה. "למרות הנוכחות הברורה שלהם, ניתוח קטן עד לא בוצע על התכונות הללו על ידי אותה קהילה. נדרשו אנשים כמונו, מדענים שעובדים עם חומר רגיל ואפל כאחד, כדי להתחיל את השיחה".
מורנו הוסיף כי הוא מצפה לויכוח בתוך קהילת המחקר שלו יבוא בעקבות המחקר, אך ייתכן שיש מקום לבסיס משותף, שכן הצוות גם מצא שתכונות כאלה מופיעות רק בסימולציות שלהם כאשר יש גם חומר אפל ו חומר רגיל ביקום.
"כאשר כוכבים נולדים ומתים, הם מתפוצצים לסופרנובות, שיכולות לעצב את מרכזי הגלקסיות, מה שמסביר באופן טבעי את קיומן של תכונות אלה", אמר מורנו. "באופן פשוט, התכונות שבדקנו בתצפיות דורשות הן את קיומו של חומר אפל והן את השילוב של פיזיקה של חומר נורמלי."
כעת, כשנראה שמודל החומר האפל של היקום הוא המוביל, השלב הבא, הסביר מרקאדו, הוא לראות אם הוא נשאר עקבי בכל יקום החומר האפל.
"יהיה מעניין לראות אם נוכל להשתמש באותו מערכת יחסים אפילו כדי להבחין בין דגמי חומר אפל שונים", אמר מרקאדו. "ההבנה כיצד הקשר הזה משתנה תחת מודלים שונים של חומר אפל יכולה לעזור לנו להגביל את תכונות החומר האפל עצמו."
המימון הגיע מפרס MSP-Ascend National Science Foundation AST-2316748 ל-Mercado. Mercado ובולוק נתמכו על ידי מענק NSF AST-1910965 ו נאס"א מענק 80NSSC22K0827. מורנו מקבל מימון מקרן הירש. משתפי הפעולה כוללים את מייקל בוילן-קולצ'ין (אוניברסיטת טקסס באוסטין), פיליפ פ. הופקינס (המכון הטכנולוגי של קליפורניה), אנדרו וצל (אוניברסיטת קליפורניה, דייויס) וקלוד-אנדרה פאוצ'ר-ג'יגר (האוניברסיטה הצפון מערבית) וג'נה סמואל (אוניברסיטת טקסס באוסטין).
