ניתוח תצפיות עמוקות מצביע שגלקסיות קטנות עשויות להסביר חלק גדול מקצב יצירת הכוכבים בשחר הקוסמי – אך נדרש אימות נוסף
אחת השאלות המרכזיות על היקום המוקדם היא פשוטה לניסוח אך קשה למימוש: כמה גלקסיות אכן היו קיימות זמן קצר לאחר שהכוכבים הראשונים נדלקו? התשובה חשובה מכיוון שהיא קובעת כמה קרינה על-סגולה הופקה, באיזה קצב נוצרו כוכבים, וכיצד עבר היקום מתקופה "חשוכה" יחסית למצב שבו הגז הבין-גלקטי הפך שקוף לאור. כעת, עבודת צוות המבוססת על תצפיות עמוקות של טלסקופ החלל ג'יימס ווב מציעה הצצה נדירה לאוכלוסיית הגלקסיות החיוורות ביותר – וייתכן שהיא מראה כי גלקסיות זעירות תרמו הרבה יותר מכפי שהוערך קודם לכן.
כיצד מזהים גלקסיות כה חלשות?
המחקר מתבסס על תצפיות NIRCam עמוקות במיוחד מהסקר GLIMPSE, ובנוסף משתמש ב"מכפיל כוח" קוסמי: צביר גלקסיות המגדיל את הגלקסיות שמאחוריו באמצעות עדשת כבידה. כך ניתן לגלות גלקסיות חלשות הרבה יותר מאשר בשדות תצפית רגילים.
הצוות מדווח על 105 גלקסיות מועמדות בטווח היסט אדום של z≈9 עד z≈15 – כלומר, תקופה מוקדמת ביותר בהיסטוריה הקוסמית. בהירותן המוחלטת נעה בטווח רחב: מ-M_UV≈-18 עד M_UV≈-13, כשלוש דרגות חלשות יותר, בממוצע, ממחקרי ווב קודמים.
ממצאים על אוכלוסיית הגלקסיות הקטנות
במקום להתמקד אך ורק בגלקסיות הבוהקות (והנדירות), החוקרים מנתחים את פונקציית הבהירות (Luminosity Function): כמה גלקסיות קיימות מכל רמת בהירות. הפרמטר הקריטי הוא "השיפוע בקצה החיוור" – כלומר, עד כמה מספר הגלקסיות גדל כאשר עוברים לעצמים חלשים יותר.
כאן מגיע ממצא מעניין: השיפוע בקצה החיוור כמעט אינו משתנה בין z≈9 ל-z≈13. על פי התקציר, הוא נע בטווח של α≈-2.01 עד α≈-2.10 בלבד. ממצא זה מפתיע, שכן מהיקום המאוחר ועד z≈9 נצפתה בדרך כלל התפתחות מהירה יותר של פרמטר זה.
צפיפות קצב יצירת הכוכבים של היקום כולו
החוקרים מחשבים את צפיפות קצב יצירת הכוכבים (Star Formation Rate Density, SFRD) באמצעות אינטגרציה של פונקציית הבהירות עד רמת בהירות מסוימת. כאשר הם משלבים עד M_UV=-16, הם מקבלים ירידה עם ההיסט האדום בקצב המתואר כ-(1+z)^-2.94 – ירידה מתונה יותר מכפי שמודלים תיאורטיים רבים צופים.
כאן מופיע הממצא המרכזי: כאשר מרחיבים את החישוב עד M_UV=-13, מתברר שגלקסיות חלשות מ-M_UV=-16 תורמות למעלה מ-50% מקצב יצירת הכוכבים הכולל סביב z≈12. במילים אחרות, הגלקסיות "הקטנות" עשויות להוות את המנוע העיקרי של יצירת כוכבים בשלב זה.
אזהרות מתודולוגיות
החוקרים עצמם מציבים הסתייגויות חשובות: קיים סיכון לזיהום מגלקסיות קרובות יותר המתחזות לגלקסיות רחוקות מאוד, וכן קיימת שונות קוסמית – כאשר מודדים נפח שמיים מצומצם, ייתכן שהוא אינו מייצג את היקום כולו. לפיכך, החוקרים מדגישים את הצורך בתצפיות דומות בשדות תצפית נוספים ובאימות ספקטרוסקופי.
השלכות אפשריות
ובכל זאת, אם הכיוון נכון, המשמעות רחבה: כדי להסביר שפע יחסי של יצירת כוכבים בשחר הקוסמי, ייתכן שיהיה צורך לעדכן הנחות על יעילות יצירת כוכבים, על תפקיד האבק הבין-כוכבי, ואולי גם על "דפוסי התפרצויות" של יצירה והכחדה מהירה של כוכבים בגלקסיות צעירות.
עוד בנושא באתר הידען:
