מחקר בהובלת אוניברסיטת ראטגרס חושף כיצד גלקסיות פולטות ליימן-אלפא מספקות רמזים על מקומו ותפקידו של החומר האפל בהתפתחות היקום
חוקרי אוניברסיטת ראטגרס מיפו דפוסים חבויים של חומר אפל על־ידי חקר גלקסיות רחוקות שיוצרות כוכבים, ובכך חשפו רמזים חדשים על האופן שבו גלקסיות כמו שביל החלב שלנו התפתחו. ממצאיהם מצביעים על שלב קצר אך משמעותי בהתפתחות היקום.
טביעות האצבע של החומר האפל
קבוצת מדענים בהובלת אוניברסיטת ראטגרס זיהתה עדויות חדשות לקשר בין צמיחת גלקסיות לבין החומר האפל, "השלד הנסתר" של היקום. הממצאים, שהתפרסמו ב־Astrophysical Journal Letters, מבוססים על אוסף הגלקסיות הגדול ביותר שנצפה עד כה מסוג "פולטי ליימן-אלפא" (Lyman-alpha emitters) – גלקסיות מיוחדות שפולטות קרינה עזה בקו ליימן-אלפא של מימן.
באמצעות מעקב אחרי התפלגותן של גלקסיות אלו לאורך מיליארדי שנים, הצליחו החוקרים לחשוף כיצד הן מתקבצות סביב ריכוזי חומר אפל, וכיצד קשר זה משתנה ככל שהיקום מתבגר. "הניתוח של טביעות האצבע הללו מאפשר לנו להבין את מסת החומר האפל המקיף את הגלקסיות", מסביר פרופ' אריק גוויסר (Eric Gawiser), פיזיקאי ואסטרונום מראטגרס ואחד ממובילי המחקר. "הממצאים עולים בקנה אחד עם ההשערה שגלקסיות פולטות ליימן-אלפא התפתחו לגלקסיות הדומות לשביל החלב כיום".
הדבק הבלתי נראה של הקוסמוס
חומר אפל – חומר מסתורי שאינו פולט אור או אנרגיה – מהווה את רוב החומר ביקום. קיומו נחשף באמצעות השפעתו הכבידתית על תנועת גלקסיות ועל מבנה־העל הקוסמי. המחקר הנוכחי נעזר בנתוני סקר ODIN (ראשי תיבות של One-hundred-square-degree DECam Imaging in Narrowbands) – פרויקט רחב־היקף שממפה מעל 100 אלף גלקסיות פולטות ליימן-אלפא.
באמצעות מיפוי אזורים בשמי הלילה בסיוע קווי מתאר (בדומה למפות טופוגרפיות), הצליחו החוקרים להמחיש היכן מצטבר החומר האפל בצפיפות הגבוהה ביותר.
הצצה נדירה לעולם הגלקסיות הצעירות
הצוות התמקד באזור השמיים הידוע בשם COSMOS (Cosmic Evolution Survey Deep Field), אחד מסקרי־העומק הגדולים ביותר שבוצעו עד כה. הם בחנו שלושה פרקי זמן מוקדמים בהיסטוריית היקום – 2.8, 2.1 ו־1.4 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול. בתקופות אלה גלקסיות פולטות ליימן-אלפא היו צעירות ושוקקות יצירת כוכבים, מה שהופך אותן לסמנים אידיאליים.
"ניסינו לגלות את החומר האפל שכבידתו מניעה את המיזוגים והצמיחה של גלקסיות", מסבירה דניסבל הררה (Dani Herrera), דוקטורנטית מראטגרס ומובילת המחקר. "הבנת מיקומו והתפתחותו מאפשרת להבין טוב יותר את התפתחות היקום כולו".
שלב קצר מועד בברק הקוסמי
הממצאים חשפו כי רק 3%–7% מהאזורים הצפופים ביותר של חומר אפל מכילים גלקסיות פולטות ליימן-אלפא. המשמעות: מדובר בשלב קצר־חיים יחסית – שבו הגלקסיות זוהרות באור ליימן-אלפא למשך עשרות עד מאות מיליוני שנים בלבד.
כדי לחשוף דפוס זה השתמשו החוקרים בשיטה הקרויה "קלאסטרינג" (clustering) – ניתוח דפוסי התקבצות של גלקסיות בהשוואה להתפלגות אקראית. ניתוח זה, כולל חישוב פונקציית המתאם הזוויתי, אפשר לקבוע עד כמה קרובות הגלקסיות זו לזו וכך להסיק על מסות החומר האפל הסובבות אותן.
מבט קדימה
המחקר לא רק מספק תובנות על אבולוציית גלקסיות, אלא גם מסייע לחדד מודלים תאורטיים של מבנה היקום. עם התקדמות סקר ODIN, צפויים מחקרים נוספים שיכללו עוד עשרות אלפי גלקסיות ויאפשרו מיפוי מקיף יותר של "רשת הקוסמוס".
"כאשר אנו ממפים את הגלקסיות הללו, אנו בעצם רואים את טביעות האצבע של החומר האפל", אומר פרופ' גוויסר. "הוא אולי בלתי נראה, אך הוא זה שמעצב את היקום".
עוד בנושא באתר הידען:
