בתחילת שנות ה-30 של המאה ה-20, האסטרונום השוויצרי פריץ צוויקי צפה בגלקסיות בחלל. הן נעו מהר יותר ממה שהמסה שלהן אמורה הייתה לאפשר, מה שהוביל אותו להסיק את קיומו של "פיגום" בלתי נראה - חומר אפל - המחזיק את הגלקסיות יחד. כמעט 100 שנים מאוחר יותר, ייתכן שטלסקופ החלל פרמי של נאס"א סיפק ראיות ישירות לקיומו של חומר אפל - עדות ראשונה של החומר החמקמק.
חומר אפל נותר במידה רבה בגדר תעלומה מאז שהוצע קיומו לפני שנים כה רבות. עד כה, מדענים הצליחו לצפות בחומר אפל רק בעקיפין דרך השפעותיו על חומר נצפה, כגון יכולתו לייצר מספיק כוח כבידה כדי להחזיק גלקסיות יחד. הסיבה לכך שלא ניתן לצפות בחומר אפל ישירות היא שהחלקיקים המרכיבים אותו אינם מקיימים אינטראקציה עם כוח אלקטרומגנטי – כלומר, חומר אפל אינו סופג, מחזיר או פולט אור.
5 צפייה בגלריה
מפת עוצמת קרני גמא, ללא רכיבים אחרים מלבד ההילה, המשתרעת על פני כ-100 מעלות לכיוון מרכז גלקסיית שביל החלב. הפס האפור האופקי באזור המרכזי מתאים לאזור המישור הגלקסי, אשר נשלל מהניתוח כדי למנוע קרינה אסטרופיזית חזקה
(צילום: Tomonori Totani, The University of Tokyo)
5 צפייה בגלריה
תלות אנרגיית הפוטון בעוצמת קרני גמא של פליטת ההילה. הקווים האדומים והכחולים מייצגים את ספקטרום פליטת קרני הגמא הצפוי כאשר חלקיקים מסיביים המקיימים אינטראקציה חלשה מושמדים
(צילום: Tomonori Totani, The University of Tokyo)
תיאוריות רבות קיימות, אך חוקרים רבים משערים שחומר אפל מורכב ממשהו הנקרא חלקיקים מסיביים בעלי אינטראקציה חלשה, שהם כבדים יותר מפרוטונים אך מקיימים אינטראקציה מועטה מאוד עם חומר אחר. למרות חוסר האינטראקציה הזה, כאשר שני חלקיקים כאלה מתנגשים, ההערכה היא ששני החלקיקים ישמידו זה את זה וישחררו חלקיקים אחרים, כולל פוטוני קרני גמא.
חוקרים התמקדו במשך שנים באזורים שבהם חומר אפל מרוכז, כמו מרכז שביל החלב, באמצעות תצפיות אסטרונומיות בחיפוש אחר קרני גמא ספציפיות אלו. באמצעות הנתונים העדכניים ביותר מטלסקופ החלל פרמי, שעליו הותקנו טלסקופ בתחום קרני גמא ומד התפרצויות גמא, פרופ' טומונורי טוטאני מהמחלקה לאסטרונומיה באוניברסיטת טוקיו מאמין כי זיהה סוף סוף את קרני הגמא הספציפיות.
המחקר של פרופ' טוטאני פורסם בכתב העת Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. "זוהו קרני גמא בעלות אנרגיה פוטונית של 20 גיגה-אלקטרון-וולט (או 20 מיליארד אלקטרון-וולט, כמות אנרגיה גדולה במיוחד) המשתרעות במבנה דמוי הילה לכיוון מרכז גלקסיית שביל החלב. רכיב פליטת קרני הגמא תואם מקרוב את הצורה הצפויה מהילה של החומר האפל", אמר פרופ' טוטאני.
ספקטרום האנרגיה שנצפה, או טווח עוצמות פליטת קרני גמא, תואם את הפליטה הצפויה מהשמדה של חלקיקים מסיביים המקיימים אינטראקציה חלשה היפותטיים, בעלי מסה גדולה פי 500 בקירוב מזו של פרוטון.
חשוב לציין, שמדידות קרני גמא אלו אינן מוסברות בקלות על ידי תופעות אסטרונומיות אחרות, שכיחות יותר, או פליטות קרני גמא. לכן, פרופ' טוטאני רואה בנתונים אלה אינדיקציה מובהקת לפליטת קרני גמא מחומר אפל, כפי שחיפשו במשך שנים רבות. "אם זה נכון, למיטב ידיעתי, זו תהיה הפעם הראשונה שהאנושות 'ראתה' חומר אפל. מסתבר שחומר אפל הוא חלקיק חדש שאינו כלול במודל הסטנדרטי הנוכחי של פיזיקת החלקיקים. זה מסמל התפתחות משמעותית באסטרונומיה ובפיזיקה", אמר פרופ' טוטאני.
בעוד שהחוקר היפני היפני בטוח בזיהוי החומר האפל, יש הסבורים כי קיים צורך לאמת זאת במחקרים נוספים. ישנם מדענים נוספים שחפצים בהוכחה נוספת לכך שהקרינה דמוית ההילה היא אכן תוצאה של השמדת חומר אפל ולא שמקורה בתופעות אסטרונומיות אחרות.
הוכחות נוספות להתנגשויות חלקיקים מסיביים המקיימים אינטראקציה חלשה במקומות אחרים המכילים ריכוז גבוה של חומר אפל יחזקו ממצאי המחקר. גילוי פליטות קרני גמא בעלות אותה אנרגיה מגלקסיות ננסיות עם הילת שביל החלב, למשל, יתמוך בניתוח של פרופ' טוטאני. "ייתכן שניתן להשיג זאת לאחר שיצטברו נתונים נוספים, ואם כן, זה יספק ראיות חזקות עוד יותר לכך שקרני הגמא מקורן בחומר אפל", סיכם פרופ' טוטאני.
