חומר אפלנחשב שמהווה כ-26 אחוז מהיקום הידוע, אבל אף אחד לא באמת יודע מה זה, ממה הוא עשוי או איך לזהות אותו.
כמו החומר ה'נורמלי' שאנו רואים בכוכבים, בבני אדם, ברפש ובכל דבר אחר בקוסמוס,נראה כי הוא מפעיל כוח כבידה, אך הוא אינו פולט שום צורה של אור או קרינה שמדענים יכולים לזהות. זה כאילו היקום רדוף על ידי רוח הרפאים הנפוצה ביותר אי פעם - אנחנו יכולים להרגיש את הנוכחות שלו, אבל אין לנו את הגאדג'טים הנכונים לתפוס אותו בשעת מעשה.
עכשיו אסטרופיזיקאי בנאס"א אומר שאולי יוכל להסביר מדוע המודלים הנוכחיים שלנו של היקום דורשים משהו כמו חומר אפל כדי להתקיים, אבל אנחנו לא יכולים למצוא אותו,לא משנה כמה ננסה: החומר האפל עשוי להיות מורכב מהמסיבישהופיע תוך שבריר שנייה לאחר שהיקום נוצר לראשונה.
קיומם של מה שנקרא חורים שחורים ראשוניים אלה עלול היה לעוות את התפלגות המסה ביקום המוקדם,אומר אלכסנדר קשלינסקיממרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א, וזה משהו שניסינו להסביר באמצעות קיומו של היפותטיחלקיקים בעלי מסה גבוההכְּגוֹןחלקיקים מסיביים בעלי אינטראקציה חלשה(WIMPs) ואקסוניםבמשך עשרות שנים.
אבל כל ניסוי עד כה, כמו הספקטרומטר האלפא המגנטי של נאס"א ומשימות טלסקופ קרני גמא של פרמי, לא הצליח להעלות ראיות לכך שחלקיקים אלה אכן קיימים.
"מחקרים אלה מספקים תוצאות רגישות יותר ויותר, ומכווצים לאט לאט את קופסת הפרמטרים שבה יכולים להסתתר חלקיקי חומר אפל."אומר קשלינסקי. "הכישלון למצוא אותם הוביל לעניין מחודש במחקר עד כמה חורים שחורים ראשוניים - חורים שחורים שנוצרו בשבריר השניה הראשון של היקום - יכולים לעבוד כחומר אפל."
עוד ב-2005, קשלינסקי וצוותו השתמשו בטלסקופ החלל שפיצר של נאס"א כדי לצלם תמונת מצב של זוהר הרקע של אור אינפרא אדום באזור מסוים בחלל. תמונת מצב זו נודעה בשם הרקע האינפרא אדום הקוסמי (CIB).
כתמים ייחודיים הופיע בזוהר הזה, והאסטרונומים אמרו שהאשם הסביר ביותר היה האור המצטבר של המקורות הראשונים שהאירו את היקום לפני יותר מ-13 מיליארד שנים. אבל מה בדיוק היו המקורות הראשונים האלה? האם הם יכולים להיות החורים השחורים הראשונים אי פעם?
הרצה קדימה לשנת 2013, ומחקר נוסף השווה כיצד הרקע הקוסמי של קרני הרנטגן (CXB) שזוהה על ידי מצפה הכוכבים של צ'אנדרה רנטגן של נאס"א בהשוואה ל-CIB באותו אזור בחלל.
משמאל: טלסקופ החלל שפיצר של נאס"א מציג מבט אינפרא אדום של קבוצת הכוכבים אורסה מייג'ור. מימין: זוהר רקע לא סדיר ברקע האינפרא אדום הקוסמי (CIB) של אותו אזור. קרדיט: נאס"א/JPL-Caltech/A. קשלינסקי (גודארד)
בשל סוגי הפליטות שהם פולטים, הכוכבים הראשונים של היקום הוזלו כמועמדים למקורות האור הראשונים, וזה הותיר רק הסבר אחד.
"[ה]הזוהר הלא סדיר של קרני רנטגן באנרגיה נמוכה ב-CXB תאם היטב את הטלאים של ה-CIB. האובייקט היחיד שאנו מכירים שיכול להיות מספיק זוהר על פני טווח אנרגיה רחב זה הוא"אומר קשלינסקי.
זהו מוצג א' של חורים שחורים שהוא הזהות הסודית של החומר האפל. תערוכה B התרחשה ב-14 בספטמבר 2015, שנכנסה להיסטוריה כמו כאשר מדענים במצפה הכבידה של גלי הכבידה (LIGO) גילוהעדות הישירה הראשונה לגלי כבידה. המשמעות של מה שצוות LIGO מצא לא נעצרה שם,כפי שמסבירה דבורה בירד עבור Earthsky.org:
"בנוסף להיותו הזיהוי הראשון אי פעם של, ובהנחה שאירוע LIGO פורש נכון, אירוע זה סימן גם את הגילוי הישיר הראשון של חורים שחורים. ככזה, הוא נתן למדענים מידע על המסות של החורים השחורים הבודדים, שהיו פי 29 ו-36 מסה של השמש, פלוס מינוס כארבע מסות שמש."
פרט זה משמעותי, מכיוון שקשלינסקי פרסם זה עתה מחקר חדש המאשר כי המסות הללו תואמות את המסות המוערכות עבור חורים שחורים ראשוניים. "למעשה, הוא מציע שמה ש-LIGO יכול היה לזהות היה מיזוג של חורים שחורים ראשוניים,"אומר זמן.
מתוך מחשבה על כך, המאמר של קשלינסקי מנתח מה יכול היה לקרות ביקום המוקדם אם אוכלוסיית חורים שחורים ראשוניים הדומים לאלה שזוהה על ידי LIGO מילאה את תפקיד החומר האפל.
קשלינסקי מסביר שבמשך 500 מיליון השנים הראשונות של תוחלת החיים של היקום, החומר הרגיל - או ה'גלוי' - היה חם מדי מכדי להתמזג עם הכוכבים הראשונים. נראה שחומר אפל לא מגיב לחום קיצוני בכלל, מה שאומר שהוא יכול היה להתמוטט לגושים הנקראים מיניהלואים. כוח הכבידה של מיני-הלואים הללו איפשר אז לחומר רגיל להצטבר.
"גז חם קרס לכיוון המיני-הלואים, וכתוצאה מכך כיסי גז צפופים מספיק כדי להתמוטט בעצמם לכוכבים הראשונים."פרנסיס רדי מסביר עבור נאס"א. "קשלינסקי מראה שאם חורים שחורים ממלאים את התפקיד של החומר האפל, תהליך זה מתרחש מהר יותר ומייצר בקלות את הגושים של ה-CIB שזוהה בנתוני שפיצר, גם אם רק חלק קטן מהמיניהילות מצליחים לייצר כוכבים".
העקביות הנראית ב-CIB וב-CXB יכולה להיות מוסברת על ידי האור האינפרא אדום המופק על ידי הכוכבים הראשונים שנוצרו בתהליך זה, וקרני רנטגן של גז הנופלים לחורים השחורים של החומר האפל.
"מחקר זה הוא מאמץ לרכז קבוצה רחבה של רעיונות ותצפיות כדי לבדוק עד כמה הם מתאימים, וההתאמה מפתיעה לטובה."אומר קשלינסקי. "אם זה נכון, אז כל הגלקסיות, כולל הגלקסיות שלנו, משובצות בתוך כדור עצום של חורים שחורים כל אחד בערך פי 30 מסה של השמש."
ההשערה פורטה במכתבי ה-astrophysical Journal.
רק עדויות נוספות מניסויי LIGO עתידיים יכולות לחזק או להפריך אותה, אבל עד אז, אולי הגיע הזמן להוסיף חורים שחורים ראשוניים ל-רשימה של מועמדים לחומר אפל.
ואם קשלינסקי צודק, אז החומר האפל באמת התחבא ממש מתחת לאף שלנו כל הזמן הזה - הדבר הכי אפל הכי מסתורי ביקום הוא הדבר הכי אפל הכי מסתורי ביקום.
