באדיבות Astropedia Textbook
רק פחות מ 5% מהחומר ביקום הוא חומר נראה. שאר היקום מורכב מחומר אפל ומאנרגיה אפלה. בשנים האחרונות ניתן היה בפעם הראשונה להתחקות אחרי התפלגות החומר האפל על ידי התבוננות בדרך שבה הוא משנה את כיוון האור הנפלט מגלקסיה וגורם הזזת מרכז המסה הנראה שלה. תהליך שינוי כיוון האור נקרא "עדשות כבידה". עדשת הכבידה הייתה חיזוי של תורת היחסות הכללית של איינשטיין, כתוצאה מהנחת היסוד שלו, שאנרגיה ומסה משנות את הגיאומטריה של זמן-מרחב. כאשר קרני אור עוברות ליד מסה, המסלול שלהן פונה אל עבר המסה, בדיוק כמו שמסלול של חללית משתנה בשל כוח הכבידה שמפעיל כוכב או ירח כאשר החללית עוברת לידם. כשאור מגלקסיות רחוקות נע לעבר כדור הארץ, כאשר אנו מתבוננים בו, הוא עובר ליד ריכוזים שונים של חומר אפל. השינויים במסלול האור הזה בשל כוח הכבידה הפועל עליו מאפשר לנו למפות את החומר האפל ביקום.
באדיבות Astropedia Textbook
צוותים שונים בחנו תמונות ברזולוציה גבוהה במטרה לזהות שינויים בכיוון האור שמקורו בגלקסיות רחוקות. ידוע כי צורתן של גלקסיות בשמים צריכה להיות מעגלית או אליפטית ללא כיוונים מועדפים. כאשר לגלקסיה בודדת יש צורת סיגר הנמתח בין 2 ל- 8 בשעון דמיוני, וגלקסיה אחרת עשויה להיות בצורת האות S, ואחרת בצורת Z, והדיסק של גלקסיות אחרות נמצא בין 5 ל- 11 באותו שעון, ניתן להרכיב את כל הגלקסיות כך שיצרו מעגל שלם. על ידי הסתכלות על אוסף של גלקסיות ומדידת חריגות מצורה מעגלית באוספים אלו, ניתן למדוד את כמות החומר האפל שהשפיע על מסלול האור שנע מהן אלינו. הדבר נעשה על ידי קביעת כמות ותפוצת החומר האפל שעשוי לגרום לסטיות מצורה מעגלית שנצפו. יתרה מזאת ניתן למדוד את ההתפלגות התלת-ממדית של החומר האפל, על ידי הסתכלות על סטיות מעגליות באוספי גלקסיות במגוון מרחקים לאורך כיוונים שונים בחלל. העיוות האופייני לצורת גלקסיות הוא רק כמה עשיריות אחוז, ולכן יש לחקור אלפי גלקסיות כדי לאתר חומר אפל בדרך זו.
באופן כללי, מפה של המבנה התלת-ממדי של החומר האפל מראה כי החומר המאיר עוקב אחר האזורים הצפופים ביותר של החומר האפל, אך לא קיים מיפוי ישיר – צפיפות החומר המאיר אינה בדיוק באותו קנה מידה של צפיפות החומר האפל, וקיימים מקומות שבהם עיקר החומר הוא חומר אפל. אלו הן תוצאות חשובות שמאפשרות לתיאורטיקנים להבין טוב יותר כיצד אפשר שגלקסיות ותצורות חומר התפתחו בראשית היקום. קיימת סברה שהחומר האפל החל להתמוטט תחילה למבנים ובעקבותיו החומר המאיר התכנס לעבר אותם מבנים בהשפעת כוח הכבידה.
באדיבות Astropedia Textbook
עדשות כבידה אינן העדות היחידה שלנו להתפלגות החומר האפל. התנגשות בין צבירי גלקסיות דומה במידה מסוימת למפגש בין צרורות קליעים, מדידות זהירות של התפלגות החומר המאיר ושל פוטנציאל הכבידה גילו כי מרכז המסה של המערכות המתנגשות אינו נמצא באותו מקום שבו נמצא מרכז המסה הנראה לעין. הדבר מצביע על כך שחומר אפל מסוגל להמשיך לנוע במהירויות גבוהות במהלך ההתנגשות, מבלי להתרסק בשל התנגשויות החלקיקים זה בזה. תופעה זו מעידה שלכל החלקיקים בחומר האפל חתכי רוחב קטנים ביותר.
בעוד שמדידות אלה אינן מאפשרות לנו לקבוע את ההתפלגות המפורטת של החומר האפל בגלקסיות בודדות או בצבירי גלקסיות, שאינן מקיימות אינטראקציות, הרי שהן מאפשרות מיפוי של "עשרות" צבירי גלקסיות. התוצאה המתקבלת מאשרת את הדומיננטיות של החומר האפל בהשוואה לחומר הנראה. עדשות כבידה מראות שחומר אפל קיים בכל קנה המידה ביקום, בתוך גלקסיות ומעבר לגלקסיות. בעבר, היו תיאוריות מתחרות שהיצעו שינויים בדינמיקה הניוטונית במטרה לסלק את הצורך בחומר אפל. תיאוריות אלה הוסיפו איבר נוסף לכוח הכבידה, שבמרחקים גדולים מאוד הגביר את כוח הכבידה. אך שינויים אלה לא הובילו לתופעות של עדשות כבידה שנצפו, ולכן תאוריות אלה נשללו.
Author: Chris Impey