מה אפשר ללמוד מצורתן של גלקסיות על הקשרים המורכבים בין חומרים שונים ביקום
הכתובת הקוסמית שלנו די מורכבת, אנחנו נמצאים בכוכב הלכת השייך למערכת השמש, שבעצמה מקיפה את מרכז גלקסיית שביל החלב, שהיא חלק מצביר גלקסיות (צביר הבתולה) וכן הלאה. מי שנמצא ברקע ומספק את המסגרת לכל המבנים הללו הוא החומר האפל שלדעת רבים מצוי בהילה המקיפה כל אחת מהגלקסיות.
ד״ר יהונתן שטרן, מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב חוקר את הקשרים המורכבים בין חומרים שונים ביקום, ואת האינטראקציות בין גלקסיות לסביבתן הקוסמית, תוך כדי ניסיון להבין טוב יותר את התהליכים הפיזיקליים הגורמים לגלקסיות להתפתח ולשנות את צורתן לאורך זמן.
“גלקסיות אינן ישויות מבודדות”, הוא אומר. “הן יוצרות קשר עם הסביבה שלהן, סופחות חומר מהתווך הבין גלקטי וגם פולטות חומר (רוחות גלקטיות). כל הגלקסיות מוקפות בהילה של חומר אפל: אזור המקיף גלקסיה ומכיל כמות גדולה של חומר אפל, חומר שאינו משדר אור אך משפיע על הגלקסיה באמצעות הגרביטציה. הילה זו משפיעה על דינמיקה גלקטית ועל האינטראקציה בין גלקסיות לסביבתן. להילה זו יש השפעה על הדינמיקה הגלקטית. למשל, אם קוטרה של גלקסית שביל החלב הוא כ-100 אלף שנות אור, הילת חומר האפל משתרעת ע״פ כ-2 מיליון שנות אור (פי 20). לגז שנמצא בתוך הילת חומר האפל קוראים ‘התווך הסובב גלקטי׳, והוא מהווה מעין ׳בריכה׳ כדורית של חומר שבתוכו הגלקסיה גדלה ומתפתחת״
הגז המצוי בהילת החומר האפל שסביב הגלקסיות מהווה רכיב מרכזי בהבנת המבנה והתפתחות של גלקסיות. השפעתו ניכרת בכל רמות המבנה הגלקטי, מהסביבה הגלקטית הרחוקה ועד לחור השחור שבמרכזה. הוא משפיע על דינמיקת הכוכבים והגז, ועל התהליכים שמתרחשים בתוך הגלקסיה. החקר המתמשך של התווך הבין גלקטי וההבנה העמוקה יותר של תכונותיו והשפעותיו עשויים לספק תובנות חשובות על היקום והתהליכים הקוסמולוגיים שבו.
תהליך שבו גז מהתווך הבין-גלקטי נמשך אל תוך הגלקסיה נקרא “ספיחה גלקטית”, והוא שמאפשר יצירת כוכבים חדשים בגלקסיה. ספיחה זו יכולה להתרחש באופן רציף או בצורת אירועים ספורדיים ומרוכזים, תלוי בתנאים הגלקטיים ובסביבת הגלקסיה. עדויות שונות מראות שגדילה של גלקסיות על ידי ספיחה היא דומיננטית יותר מאשר גדילה בדרך של מיזוגי גלקסיות, לפחות ב-10 מיליארד השנים האחרונות.
האופן שבו גז נספח לגלקסיה, ומכך גם קצב יצירת הכוכבים, תלוי בתהליכי התקררות וחימום בתווך הסובב גלקטי: תהליכים פיזיקליים שמשפיעים על טמפרטורת הגז מסביב לגלקסיה. התקררות מתרחשת כאשר גז פולט קרינה ולכן מאבד אנרגיה ומצטנן. חימום יכול להתרחש גם כתוצאה מהדחיסה של הגז במהלך תהליך הספיחה, וגם כתוצאה מפעילות כוכבית או מאירועי סופרנובה, המוסיפים אנרגיה לתווך הסובב גלקטי.
הטמפרטורה של התווך הסובב גלקטי, שנובעת מתהליכי החימום והקירור השונים — קובעת תכונה קריטית שלו, שהיא מונח המוכר לכולנו – מהירות הקול. מהירות הקול היא המהירות שבה גלי קול מתקדמים דרך חומר מסוים. לדברי ד״ר שטרן אם מהירות הקול בתווך הסובב גלקטי נמוכה, אז תהליך הספיחה יהיה “על קולי” ויכול להוביל ליצירת גלי הלם ולהפרעות בגז, שיגרמו לתהליך הספיחה להיות לא אחיד. לעומת זאת אם מהירות הקול גבוהה, אז התנועה תהיה “תת-קולית”, הגז יזרום באופן יותר רציף, וקצב הספיחה יהיה אחיד.
ד״ר שטרן חוקר, בסיוע מענק מהקרן הלאומית למדע, את האפשרות שספיחה תת-קולית יוצרת גלקסיות בצורת דיסקה דקה, כמו שביל החלב, ואילו ספיחה על קולית יוצרת גלקסיות ״מבולגנות״, כלומר ללא צורה גאומטרית ברורה, צורה נפוצה בגלקסיות קטנות.
ד״ר שטרן: “הסיבה לכך שגלקסיות רבות, במיוחד גלקסיות דיסקיות כמו שביל החלב, נראות שטוחות ולא כדוריות, אף על פי שהחומר האפל וחומר ה’רגיל’ נמצאים בכל הכיוונים, קשורה לתהליך היווצרות הגלקסיה ולדינמיקה שלה במהלך הזמן. בשלב ההתחלתי של יצירת ההילה, חומר (גז וחומר אפל) מתחיל להתקבץ יחדיו בגלל כוחות גרביטציוניים. לאחר מכן החומר הרגיל מאבד אנרגיה לקרינה, ולכן זורם למרכז ההילה. במהלך תהליך ספיחה זה, הגז שומר על התנע הזוויתי שלו, מה שגורם לו להסתובב מהר יותר ויותר תוך כדי שהוא מתקרב למרכז. בשלב מסוים מהירות הסיבוב והכוחות הצנטריפוגלים כה חזקים שהגז הופך לדיסקה. בזרימה תת-קולית, רק אחרי שההשתטחות לדיסקה הושלמה, מתחילים כוכבים להיווצר, כך שהם מסודרים בדיסקה דקה. לעומת זאת בזרימה על-קולית כוכבים נוצרים גם לפני ההשתטחות, ולכן הצורה הגאומטרית שלהם הרבה פחות מסודרת”.
עוד בנושא באתר הידען:
