סליחה, סטיבן, חומר כהה אינו חורים שחורים זעירים

הפיזיקאי הידוע סטיבן הוקינג חזה בשנת 1974 כי חומר אפל - ה"משהו "המסתורי המהווה 85 אחוז מכל מה ביקום - יתברר כחורים שחורים זעירים שנוצרו בעידן החומר הקדום ביותר. מחקר חדש שנערך על ידי אסטרונומים בטלסקופ סובארו בהוואי, שהתקיים ערב שחרורו של התצלום המפורט לראשונה אי פעם סביב החור השחור, הראה שהוא טועה באופן לא אופייני.

הוקינג הניח שחורים שחורים בקוטר של פחות ממילימטר (1/25 אינץ ') היו מהווים את כוח הכובד המאגד קבוצות של גלקסיות, וכן משנה את שיעורי הגלקסיות הסיבוביות, כולל שביל החלב.

גלקסיית אנדרומדה, כמו שביל החלב שלנו, היא בית לחומר אפל - אנחנו פשוט לא יודעים מה זה, אבל עכשיו יש לנו מושג טוב יותר מה זה לא. קרדיט תמונה: Kavli IPMU

כל הדברים האפלים יכולים להיות

חומר אפל מתאר - משהו - שאי אפשר לראות, אינו מפריש קרינה, ובכל זאת מספק מספיק כוח משיכה כדי להחזיק גלקסיות יחד בקבוצות, ולהניע שיעורי סיבוב של עצמים בפאתי משפחות הכוכבים הללו. הוכחות לחומר אפל בין גלקסיות נצפו לראשונה על ידי האסטרונום פריץ צוויקי בשנת 1933, ובשנות השבעים גילתה נוכחות של חומר אפל בתוך הגלקסיות על ידי ורה רובין. מאז, אסטרונומים ואסטרופיסיקאים תמהים על טיב החומר האפל, ואנחנו יודעים פחות מה זה מאשר מה זה לא.

"חומר אפל יכול להיות גמדים חומים, כוכבים 'נכשלים' שמעולם לא הציתו מכיוון שהיה חסר להם המסה הדרושה כדי להתחיל לשרוף. חומר אפל יכול להיות גמדים לבנים, שרידי גרעינים של כוכבים קטנים עד בינוניים מתים. או שחומר אפל יכול להיות כוכבי נויטרונים או חורים שחורים, שרידי כוכבים גדולים לאחר שהם מתפוצצים, "מסביר נאס"א בתיאור החומר האפל.

אבל, כנראה שלא ...

עם זאת, בעיות קיימות בכל אחד מהרעיונות הללו. ככל הנראה אין מספיק גמדים לבנים או חומים כדי להסביר את כוח הכבידה העצום המופעל על חפצים גלויים. כוכבי נויטרון וחורים שחורים הם נדירים ביותר. ייתכן שחומר אפל עשוי להיות חלקיקים תת-אטומיים אקזוטיים, אך ניסויים קפדניים לאיתור חלקיקים אלה הופיעו עד כה ריקים. טלסקופ החלל פרמי אמור להיות מסוגל לזהות פליטות קרני גאמה הנובעות מהתנגשות של חלקיקי חומר אפל אקזוטיים, אך חיפוש זה גם הפך ללא פירות.

אם חורים שחורים מיניאטוריים אכן קיימים, אז הם צפויים לכופף את המרחב סביבם, וגורמים לאור מכוכבים רחוקים להתעקם ולהבהיר, כמו עדשה שממקדת את השמש על מדרכה חמה. כאשר החור השחור זז, הכוכב הרחוק היה אז עמום. החוקרים השתמשו בטלסקופ סובארו כדי להביט באור המגיע מכוכבים בגלקסיית אנדרומדה, בחיפוש אחר התבהרות ועמעום זה, אך לא ראו את האפקט החזוי, ומראים כי חורים שחורים קדומים כאלה אינם קיימים בכמויות שחזה הוקינג.

תרשים שמראה כיצד עדשות הכבידה מכוכבים בגלקסיית אנדרומדה היו צפויות לחשוף את נוכחותם של חורים שחורים קדומים. קרדיט תמונה: Kavli IPMU

על מנת לצפות באחד מאותם אירועי עדשות כבידה, יש לכוון כוכב וחור קדום ביחס לכדור הארץ - יישור נדיר, שרק צפוי להימשך לפרקי זמן הנמשכים בין מספר דקות למספר שעות. מצלמת Hyper Suprime-Cam בטלסקופ סובארו, המסוגלת לצלם את גלקסיית אנדרומדה כולה בפעם אחת, שימשה למקסום הסיכוי לראות אירועים אלה.

Hyper Suprime-Cam (HSC) עלה על המוקד העיקרי של טלסקופ סובארו. קרדיט תמונה: טלסקופ סובארו

הניסוי

"מתוך 190 תמונות רצופות של גלקסיית אנדרומדה שצולמו במשך שבע שעות במהלך לילה בהיר אחד, הצוות גילה את הנתונים לאירועי עדשות כבידה בכוח. אם החומר האפל מורכב מחורים שחורים קדומים של מסה נתונה, במקרה זה המונים בהירים יותר מהירח, צפו החוקרים למצוא כ -1000 אירועים. אולם לאחר ניתוחים מדוקדקים הם יכלו לזהות מקרה אחד בלבד ", דיווחו החוקרים בהודעה לעיתונות מטלסקופ סובארו.

תוצאות אלה מראות כי חורים שחורים קדומים עשויים להעלות רק 0.1 אחוז מכל החומר האפל. לא משנה מה אפל, התשובה לא נראית חורים שחורים מיניאטוריים, ומשאירה את התעלומה הגדולה הזו של הפיזיקה על כנה.