אסטרונומים הצליחו להתיר התנגשות מסובכת בין שני צבירי גלקסיות ענקיים שבהם ענני החומר האפל העצומים של הצבירים נפרדו מהחומר הרגיל. כל אחד מהצבירים מכיל אלפי גלקסיות וממוקם במרחק של מיליארדי שנות אור מכדור הארץ. במחקר השתתף גם פרופ' עדי ציטרין מאוניברסיטת בן גוריון
אסטרונומים הצליחו להתיר התנגשות מסובכת בין שני צבירי גלקסיות ענקיים שבהם ענני החומר האפל העצומים של הצבירים נפרדו מהחומר הרגיל. כל אחד מהצבירים מכיל אלפי גלקסיות וממוקם במרחק של מיליארדי שנות אור מכדור הארץ.
כאשר הצבירים התנגחו זה בזה, החומר האפל – חומר בלתי נראה שמרגיש את כוח הכבידה אך לא פולט אור – התקדם לפני החומר הרגיל. התצפיות החדשות הן הראשונות שחקרו ישירות את הניתוק של מהירויות החומר האפל והחומר הרגיל.
צבירי גלקסיות הם בין המבנים הגדולים ביותר ביקום, והם מחוברים יחד בכוח הכבידה. רק 15% מהמסה בצבירים כאלה היא חומר רגיל, אותו חומר שמרכיב כוכבי לכת, אנשים, וכל מה שאנו רואים סביבנו. מרבית החומר הרגיל הזה הוא גז חם, והשאר הם כוכבים וכוכבי לכת. 85% הנותרים ממסת הצביר הם חומר אפל.
במהלך ההתנגשות שהתרחשה בין הצבירים, הידועה בשם MACS J0018.5+1626, הגלקסיות עצמן כמעט ולא נפגעו מכיוון שיש כל כך הרבה מרחב ביניהן. אך כאשר מאגרי הגז הענקיים בין הגלקסיות (החומר הרגיל) התנגשו, הגז נעשה טורבולנטי וחם מאוד.
בעוד כל החומר, כולל החומר הרגיל והחומר האפל, מתקשרים באמצעות כוח הכבידה, החומר הרגיל מתקשר גם באמצעות האלקטרומגנטיות, שמאטה אותו במהלך התנגשות. לכן, בעוד החומר הרגיל נעצר, מאגרי החומר האפל בכל צביר המשיכו להתקדם.
תחשבו על התנגשות ענקית בין מספר משאיות הנושאות חול, מציעה אמילי סיליץ', המחברת הראשית של מחקר חדש המתאר את הממצאים בכתב העת The Astrophysical Journal. "החומר האפל הוא כמו החול והוא נע קדימה," היא אומרת. סיליץ' היא תלמידת דוקטורט שעובדת עם ג'ק סיירס, פרופסור מחקר לפיזיקה בקליפורניה והמוביל העיקרי של המחקר.
התגלית נעשתה באמצעות נתונים ממצפה הכוכבים התת-מילימטרי של קליפורניה (שהוסר לאחרונה מהאתר שלו במאונאקה בהוואי ויועבר לצ'ילה), מצפה הכוכבים W.M. Keck במאונאקה, מצפה הקרניים X של נאס"א Chandra, טלסקופ החלל האבל של נאס"א, מצפה החלל הרשל ופלנק של סוכנות החלל האירופית (שמוקדי המדע הנלווים של נאס"א התבססו ב-IPAC של קליפורניה), וניסוי הטלסקופ התת-מילימטרי של אטקמה בצ'ילה. חלק מהתצפיות נעשו לפני עשרות שנים, בעוד הניתוח המלא תוך שימוש בכל מערכי הנתונים נערך במהלך השנתיים האחרונות.
ניתוק כזה של חומר אפל וחומר רגיל נצפה בעבר, ובמיוחד בצביר Bullet. בהתנגשות זו, הגז החם ניתן לראות בבירור מאחור לאחר שהצבירים חלפו זה על פני זה. המצב שהתרחש ב-MACS J0018.5 דומה, אך זווית המיזוג מסובבת בכ-90 מעלות יחסית לזו של צביר Bullet.
במילים אחרות, אחד הצבירים הענקיים ב-MACS J0018.5 טס כמעט ישר לעבר כדור הארץ בעוד שהשני ממהר להתרחק. זווית זו העניקה לחוקרים נקודת מבט ייחודית שממנה, לראשונה, ניתן היה למפות את מהירות החומר האפל והחומר הרגיל ולהבהיר כיצד הם נפרדים זה מזה במהלך התנגשות צבירי גלקסיות.
"בצביר Bullet, זה כמו שאנחנו יושבים ביציע וצופים במרוץ מכוניות ויכולים לצלם תמונות יפות של המכוניות שנעות משמאל לימין על המסלול," אומר סיירס. "במקרה שלנו, זה יותר כמו שאנחנו על המסלול עם אקדח רדאר, עומדים מול מכונית שמגיעה אלינו ויכולים למדוד את מהירותה."
כדי למדוד את מהירות החומר הרגיל, או הגז, בצביר, החוקרים השתמשו בשיטת תצפית הנקראת האפקט הקינטי של Sunyaev-Zel'dovich (SZ). סיירס ועמיתיו ביצעו את התצפית הראשונה של האפקט הקינטי SZ על אובייקט קוסמי יחיד, צביר גלקסיות בשם MACS J0717, בשנת 2013, תוך שימוש בנתונים מ-CSO (התצפיות הראשונות של אפקט SZ על MACS J0018.5 נערכו בשנת 2006).
האפקט הקינטי SZ מתרחש כאשר פוטונים מהיקום הקדום, הרקע הקוסמי של המיקרוגל (CMB), מתפזרים מהאלקטרונים בגז החם בדרכם אלינו על פני כדור הארץ. הפוטונים עוברים שינוי, הנקרא שינוי דופלר, בשל תנועות האלקטרונים בענני הגז בקו הראייה שלנו. על ידי מדידת שינוי הבהירות של ה-CMB עקב שינוי זה, החוקרים יכולים לקבוע את מהירות ענני הגז בצבירי הגלקסיות.
"האפקטים של Sunyaev-Zeldovich היו עדיין כלי תצפיתי חדש מאוד כאשר ג'ק ואני הפנינו לראשונה מצלמה חדשה ב-CSO על צבירי גלקסיות בשנת 2006, ולא היה לנו מושג שיהיו תגליות כאלה," אומר סוניל גולוואלה, פרופסור לפיזיקה והמנחה לדוקטורט של סיליץ'.
"אנחנו מצפים לשורה של הפתעות חדשות כאשר נתקין מכשירים מהדור הבא על הטלסקופ בביתו החדש בצ'ילה."
עד שנת 2019, החוקרים ביצעו את מדידות ה-SZ הקינטיות בכמה צבירי גלקסיות, שאמרו להם את מהירות הגז, או החומר הרגיל. הם גם השתמשו במצפה הכוכבים Keck כדי ללמוד את מהירות הגלקסיות בצביר, שאמרו להם על ידי פרוקסי את מהירות החומר האפל (מכיוון שהחומר האפל והגלקסיות מתנהגים באופן דומה במהלך ההתנגשות).
אבל בשלב זה של המחקר, הצוות הבין מעט על זוויות הצבירים. הם רק ידעו שאחד מהם, MACS J0018.5, הציג סימנים למשהו מוזר – הגז החם, או החומר הרגיל, נע בכיוון ההפוך לחומר האפל.
"היה לנו חידת מוחלטת עם מהירויות בכיוונים מנוגדים, ובתחילה חשבנו שזה יכול להיות בעיה בנתונים שלנו. אפילו העמיתים שלנו שמדמים צבירי גלקסיות לא ידעו מה קורה," אומר סיירס. "ואז אמילי התערבה והתירה הכל."
כחלק מעבודת הדוקטורט שלה, סיליץ' התמודדה עם התעלומה של MACS J0018.5. היא פנתה לנתונים ממצפה הקרניים X Chandra כדי לחשוף את הטמפרטורה והמיקום של הגז בצבירים וכן את מידת הזעזועים של הגז.
"התנגשויות צבירי הגלקסיות האלה הן התופעות האנרגטיות ביותר מאז המפץ הגדול," אומרת סיליץ'. "Chandra מודד את הטמפרטורות הקיצוניות של הגז ומספר לנו על גיל המיזוג וכיצד לאחרונה הצבירים התנגשו."
הצוות גם עבד עם עדי ציטרין מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב בישראל כדי להשתמש בנתוני האבל למיפוי החומר האפל באמצעות עדשות כבידה.
בנוסף, ג'ון זוהון ממרכז האסטרופיזיקה בהרווארד וסמית'סוניאן עזר לצוות לדמות את ההתנגשות של הצבירים. הדמיות אלו שימשו בשילוב עם נתונים מהטלסקופים השונים כדי לקבוע בסופו של דבר את הגיאומטריה והשלב ההתפתחותי של מפגש הצבירים. המדענים מצאו כי, לפני ההתנגשות, הצבירים נעו זה לקראת זה במהירות של כ-3000 קילומטר/שנייה, השווה לכ-1% ממהירות האור.
עם תמונה שלמה יותר של מה שהתרחש, החוקרים הצליחו להבין מדוע החומר האפל והחומר הרגיל נראו נעים בכיוונים מנוגדים. למרות שהמדענים אומרים שזה קשה לדמיין, זווית ההתנגשות, בשילוב עם העובדה שהחומר האפל והחומר הרגיל נפרדו זה מזה, מסבירים את מדידות המהירות המוזרות.
בעתיד, החוקרים מקווים שמחקרים נוספים כמו זה יובילו לרמזים חדשים על הטבע המסתורי של החומר האפל.
"מחקר זה הוא נקודת התחלה למחקרים מפורטים יותר על טבעו של החומר האפל," אומרת סיליץ'. "יש לנו סוג חדש של בדיקה ישירה שמראה כיצד החומר האפל מתנהג באופן שונה מהחומר הרגיל."
סיירס, שנזכר באיסוף הנתונים על אובייקט זה מ-CSO כמעט 20 שנה קודם לכן, אומר: "לקח לנו זמן רב להרכיב את כל חלקי הפאזל, אבל עכשיו אנחנו סוף סוף יודעים מה קורה. אנו מקווים שזה יוביל לדרך חדשה לחלוטין לחקר החומר האפל בצבירים."
עוד בנושא באתר הידען:
2 תגובות
תמונה אסטרונומית גולמית לא נראית יפה. לוקחים את התמונה ומוסיפים לה צבעים או הדגשים אחרים כדי להנגיש אותה לקהל הרחב.
למה זה לא צילום אלה הדמיית אמן אים זה קיים היה אפשר לצלם הכל שקר עובדים עלנו יש טלסקופים תצלמו את מה שראיתם