זה משפיל כמו שזה מעורר מוטיבציה לחשוב על כמה אנחנו עדיין צריכים ללמוד על היקום. משתפי הפעולה שלי ואני זה עתה התמודדנו עם אחת התעלומות המתמשכות של האסטרופיזיקה: כיצד יכולות להיווצר גלקסיות אליפטיות מסיביות.
כעת, לראשונה, יש לנו ראיות תצפיתיות מוצקות שנותנות תשובה. התוצאות שלנופורסמו לאחרונה בטֶבַע.
גלקסיות ביקום של ימינו נופלות לתוךשתי קטגוריות רחבות. ישנן גלקסיות ספירליות, כמו שביל החלב שלנו, שעשירות בגז ויוצרות ללא הרף כוכבים בדיסק מסתובב. ישנן גם גלקסיות אליפטיות, שהן גדולות וכדוריות ולא שטוחות, בדומה לכדור רוגבי.
האחרונים אינם מייצרים כוכבים חדשים אלא נשלטים על ידי כוכבים שנוצרו לפני יותר מ-10 מיליארד שנים.
היווצרות של גלקסיות אליפטיות כבר מזמן קשה להסביר עם מודלים קוסמולוגיים המתארים את התפתחות היקום מהעולםלעכשיו. אחד האתגרים הוא שהיווצרות כוכבים בעידן שבו נוצרו גלקסיות אליפטיות (לפני 10 מיליארד עד 12 מיליארד שנים) הייתהחשב להתרחש בתוך דיסקים מסתובבים גדולים, בדומה לשביל החלב שלנו.
אז איך שינו הגלקסיות את צורתן מדיסקים שטוחים לגלקסיות אליפטיות תלת מימדיות?
תצפיות עם עלמה
על ידי ניתוח נתונים מ-Atacama מערך מילימטר/תת-מילימטר גדול (Alma), זיהינו את אתרי הלידה של גלקסיות אליפטיות ענקיות.
גילינו שגלקסיות אליפטיות מקומיות יכולות להיווצר באמצעות פרקי היווצרות כוכבים אינטנסיביים וקצרי מועד מוקדם ביקום, בניגוד להתחלה כדיסק מסתובב ולהיות אליפטי יותר עם הזמן.
המחקר שלנו בדק את התפלגות האבק ביותר מ-100 גלקסיות רחוקות, שאנו יודעים שיצרו הרבה כוכבים עוד כשהיקום היה בן 2.2 מיליארד ל-5.9 מיליארד שנים.
אבק מעיד על נוכחות גז - החומר שממנו נוצרים כוכבים חדשים - ומאפשר לנו לחקור את האזורים בתוך גלקסיה היוצרים כוכבים חדשים באופן פעיל.
באמצעות טכניקת תצפית חדשה, מצאנו שהאבק בגלקסיות הרחוקות הללו הוא קומפקטי ביותר ואינו מה שציפינו מגלקסיות בצורת דיסק שטוח. יתר על כן, הצלחנו להסיק את הגיאומטריה התלת מימדית של האזורים פולטי האבק.
ניתוח זה מצביע על כך שרוב הגלקסיות המוקדמות היוצרות כוכבים היו למעשה כדוריות ולא בצורת דיסק. למעשה, הם דומים מאוד לצורתן של גלקסיות אליפטיות לידנו כיום.
לאחר מכן השתמשנו בהדמיות מחשב קוסמולוגיות כדי לפרש את תוצאות התצפית ולהבין את המנגנונים הפיזיקליים שעשויים לגרום לאבק ולגז לשקוע במרכזן של הגלקסיות הרחוקות, היוצרות כוכבים.
הניתוח שלנו מגלה שהפעולה בו-זמנית של זרמי גז קרים מהגלקסיות הסובבות יחד עם אינטראקציות ומיזוגים של גלקסיות יכולה להניע גז ואבק לתוך ליבות קומפקטיות ויוצרות כוכבים בתוך הגלקסיות הללו. ההדמיות גם מראות לנו שתהליך זה היה נפוץ ביקום המוקדם, מה שמספק הסבר מרכזי להיווצרות מהירה של גלקסיות אליפטיות.
הממצאים שלנו מוסיפים חלק מכריע לפאזל הזה, ומקדמים את ההבנה שלנו לגבי היווצרות ואבולוציה של גלקסיות.
טכניקת תצפית חדשה
גילוי זה התאפשר בזכות טכניקה חדשה לניתוח תצפיות ALMA. נתוני אלמה שונים מהתמונות שאנו רגילים לראות מטלסקופים אופטיים. למעשה, אלמה פועלת על ידי שילוב אותות ממספר אנטנות הפועלות יחד כטלסקופ יחיד וענק.
טכניקה זו ידועה כאינטרפרומטריה, ולמרות שהיא מאפשרת להשיג תמונות חדות של גלקסיות רחוקות, ניתוח הנתונים מורכב יותר מאשר עבור תמונות אופטיות מסורתיות. הטכניקה החדשה שלנו מאפשרת מדידות מדויקות יותר של פיזור האבק בהשוואה לשיטות קודמות, ומציעה התקדמות משמעותית בתחום זה.
למחקר זה השתמשנו בארכיון,נתוני אלמה בגישה פתוחהשנצברו במשך מספר שנים. זה מדגיש את הכוח של נתונים בקוד פתוח, שבו מדענים חולקים את הממצאים שלהם, ושיתופי פעולה ברחבי העולם בהנעת פריצות דרך מדעיות.
תצפיות עתידיות עםJWSTואוקלידסטלסקופי חלל ימפו עוד יותר את תפוצת הכוכבים באבות הקדמונים הרחוקים של הגלקסיות האליפטיות של ימינו. ואתטלסקופ גדול במיוחד, עם המראה ברוחב 39 מטרים, תספק פרטים חסרי תקדים של הליבות היוצרות כוכבים בגלקסיות רחוקות.
בנוסף, תצפיות חדות יותר של דינמיקת גז עם ALma וה-טלסקופ גדול מאודיחשוף כיצד הגז נע לעבר מרכזי הגלקסיות, מזין את היווצרות כוכבים ומעצב את הגלקסיות שאנו רואים כיום.
אנגרציה פוליסי, עמית יום השנה לאסטרופיזיקה,אוניברסיטת סאות'המפטון.
מאמר זה פורסם מחדש מהשיחהתחת רישיון Creative Commons. קרא אתמאמר מקורי.
