גילוי:חוט חומר אפל קוסמי ליד שביל החלב

מחקר שהושלם לאחרונה במצפה הכוכבים ע"ש וייז של אוניברסיטת תל אביב מרמז שחומר מצטבר מהחלל על ריכוזי חומר אפל ויוצר גלקסיות.

יערה מייטליס , י' באב תשס"ח

מחקר שהושלם לאחרונה במצפה הכוכבים ע"ש וייז של אוניברסיטת תל אביב מרמז שחומר מצטבר מהחלל על ריכוזי חומר אפל ויוצר גלקסיות. במסגרת המחקר נחקרו בפירוט גלקסיות קרובות, ותוצאותיו מלמדות על מנגנוני היווצרות גלקסיות בכל היקום.

תמונת היווצרות הגלקסיות שמקובלת כיום מצביעה על הצטברות ענני גז באזורים בעלי כוח כובד חזק מאשר בסביבה. "שקעים" אלה של כוח כובד נוצרים בגלל המצאות חומר אפל. החומר האפל מהווה כ-23% מתכולת היקום, בעוד שהחומר המאיר מהווה אחוזים בודדים בלבד. אף שטבעו של החומר האפל עדיין אינה ידועה, חישובים מראים שהיקום זרוע בהצטברויות שמכונות "הילות אפלות". הילות אלה משפיעות על סביבתן בגלל שהחומר האפל מושך אליו גז בין-גלקטי ההופך לכוכבים שיוצרים גלקסיה.

המחקר התמקד בקבוצה של גלקסיות הנמצאות כ-15 מיליון שנות-אור מאיתנו. זהו מרחק קרוב, יחסית למרחק משביל החלב (הגלקסיה שלנו) של רוב הגלקסיות. גלקסיות קרובות נראות יותר גדולות ובהירות מגלקסיות רחוקות, באותה מידה שעצמים קרובים נראים ברורים יותר מאלה הרחוקים.

הגלקסיות נמדדו תחילה במסגרת סקר שמיים בתחום קרינת הרדיו שמבוצע במצפה ארסיבו שבפוארטו ריקו ומכונה ALFALFA. נציין כי מקורות קרינת הרדיו מזוהים לרוב עם גלקסיות הפולטות גם אור נראה. השידור ממוקם במרחב התלת-ממדי בגלל מדידה בו-זמנית של מהירות המקור יחסית לנו – פירוש התפשטות היקום הוא שהמרחק עומד ביחס ישר למהירות לגבי עצמים רחוקים.

סקר ALFALFA מצא 14 גלקסיות באזור קטן של היקום הקרוב, שנמצאות בערך באותו מרחק מאיתנו ושתמונותיהן באור נראה מרמזות על גילן הצעיר. התעניינות החוקרים התמקדה בגלקסיות אלה בגלל שהן מסודרות בשמיים על קוו ישר, בעוד האזור כולו מאופיין בצפיפות גלקסיות נמוכה משמעותית מהממוצע. המחקר שמתואר כאן הוסיף למידע באור נראה מדידה של כמות האור הנפלט ע"י כוכבים צעירים מאוד, בני כמה מיליוני שנים בלבד, מכל אחת מהגלקסיות. יחד עם מדידות בצבעים אחרים, מאפשר המחקר את שחזור היסטוריית היווצרות הכוכבים בכל גלקסיה.

החוקרים מצאו כי כמעט כל הגלקסיות יצרו כוכבים במיליוני השנים האחרונות. פרק זמן זה קצר למדי יחסית לגיל היקום (כ-14 מיליארדי שנים). תופעה זו, של היווצרות כוכבים מסונכרנת במספר גלקסיות שכנות, מוכרת באסטרונומיה, אך לרוב מיוחסת להשפעת גלקסיה אחת על חברתה בעקבות התנגשות או ע"י פעולת "כוח גאות"; אלה מדרבן פרץ של היווצרות כוכבים. אך רוב הגלקסיות מבין ה-14 שנחקרו אינן מראות סימנים של השפעה הדדית חזקה.

חישובים תיאורטיים של חוקרי האוניברסיטה העברית בראשות פרופ' אבישי דקל, של התפתחות המבנה הגדול ביקום, מצביעים על קיום תנאים בהם הגז הבין-גלקטי יכול להצטבר על הילות אפל קטנות מבלי להתחמם לטמפרטורוה של מיליוני מעלות. גז בין-גלקטי "קר" יכול להפוך ביעילות לכוכבים. חישובים תיאורטיים אחרים הראו שבתהליך היווצרות המבנים הגדולים ביקום נוצרים צבירי גלקסיות (ריכוזים של מאות ואלפי גלקסיות בנפח שקוטרו כ-10 מיליון שנות-אור), גלקסיות בשדה שם צפיפותן קטנה מאשר בצבירים, וגם "חללים קוסמיים" שכמעט נטולי גלקסיות. בחללים ענקיים אלה יש מספר קטן של הילות אפלות קטנות, שלפעמים מסודרות לאורך "חוט" (filament). חוט של חומר אפל יכול לשמש מוקד של כוח כובד ולמשוך אליו גז בין-גלקטי מהסביבה.

הגלקסיות שנחקרו מסודרות על קו ישר שאורכו לפחות מיליון וחצי שנות-אור בתוך אזור המוגדר כ-"חלל קוסמי". כולן מהסוג הצעיר והננסי, כשהגדולה מהן היא רק כעשרה אחוזים משביל החלב שלנו ורובן קטנות בהרבה ממנה. כמעט כולן יוצרות כוכבים בתקופה הנוכחית. הגלקסיות הן אוסף של הילות אפלות שמסודרות לאורך חוט קוסמי של חומר אפל, כשהיווצרות הכוכבים הנוכחית נגרמת כנראה מספיחת גז בין-גלקטי ע"י החוט הקוסמי. הקרבה היתרה של מערך גלקסיות זה אלינו, רק כ-15 מיליון שנות-אור, מאפשרת מחקר שימקד עוד יותר את היסטוריית היווצרות הכוכבים בכל אחת מהגלקסיות ויבהיר את הקשר בין מהות החומר האפל לבין טבע הגלקסיות שאנו רואים כיום.

המחקר הוא עבודת המוסמך של עדי ציטרין בחוג לאסטרונומיה ולאסטרופיסיקה, שנכתבה בהנחיית ד"ר נח ברוש, מנהל מצפה הכוכבים וייז. עיקרי המחקר יפורסמו בעיתון האגודה המלכותית לאסטרונומיה בבריטניה.