תצפיות של טלסקופ החלל ג'יימס וב ומערך ALMA חשפו גלקסיה מסיבית בפרוטו־צביר צעיר, רק כ־1.4 מיליארד שנה לאחר המפץ הגדול, כשיותר ממחצית מאגר הגז הקר שלה כבר נדחק אל מחוץ לגוף הגלקסיה. הממצא מצביע על כך שתהליכים סביבתיים יכלו לכבות יצירת כוכבים הרבה מוקדם מהמשוער
אסטרונומים זיהו גלקסיה מסיבית ביקום המוקדם שנראית בעיצומו של תהליך העלול להפסיק בה את יצירת הכוכבים. הגלקסיה, המכונה SPT2349-56-C26 או בקיצור C26, מאבדת חלק גדול ממאגר הגז הקר שלה בזמן שהיא נעה בסביבה הצפופה של פרוטו־צביר גלקסיות.
התצפיות מראות כי יותר ממחצית מאגר הגז הקר שנמדד במערכת כבר אינו נמצא בתוך גוף הגלקסיה, אלא נמשך בזנב ארוך מאחוריה. שיא פליטת הגז מרוחק בכ־6 קילופרסק — כמעט 20 אלף שנות אור — מן האזור שבו מרוכזים רוב הכוכבים.
החוקרים מעריכים כי הגז הוסר בתהליך המכונה הפשטה בלחץ נגיפה — ram-pressure stripping. תהליך זה מתרחש כאשר גלקסיה נעה במהירות דרך גז חם וצפוף המצוי בין גלקסיות בצביר. הלחץ שמפעיל התווך הבין־גלקטי דוחף החוצה את הגז הקר של הגלקסיה, בדומה לרוח חזקה המפזרת חומר מגוף נע.
המחקר נערך בהובלת דאז'י ג'ואו מאוניברסיטת קולומביה הבריטית, תוך שימוש בתצפיות של מערך הרדיו ALMA ושל טלסקופ החלל ג'יימס וב. המאמר פורסם בשרת ההדפסות המקדימות arXiv ועדיין לא עבר ביקורת עמיתים. ([arXiv][1])
פרוטו־צביר בתקופת נעוריו של היקום
C26 נמצאת במערכת SPT2349-56, פרוטו־צביר — אזור צפוף שבו עשרות גלקסיות נמצאות בתהליך התכנסות וצפויות להתפתח עם הזמן לצביר גלקסיות גדול.
המערכת נצפית בהסחה לאדום של 4.3, ולכן האור המגיע ממנה יצא לדרכו כאשר היקום היה בן כ־1.4 מיליארד שנה בלבד. מדובר בתקופה שבה גלקסיות וצבירים עדיין היו בתהליכי בנייה מהירים.
בליבת הפרוטו־צביר נמצאות כ־30 גלקסיות היוצרות כוכבים באזור שרוחבו כ־100 קילופרסק — כ־326 אלף שנות אור. הצפיפות הגבוהה הופכת אותו למעבדה טבעית לחקר השפעת הסביבה על התפתחות גלקסיות ביקום המוקדם.
ההנחה המקובלת הייתה שבתקופה מוקדמת זו צבירים מתפתחים עדיין לא הספיקו לצבור תווך חם, צפוף ומאורגן דיו כדי להסיר כמויות גדולות של גז מגלקסיות. לכן סברו כי האינטראקציות המרכזיות בפרוטו־צבירים צעירים הן התנגשויות, מיזוגים ומשיכות כבידתיות בין גלקסיות.
התצפיות ב־C26 מצביעות על אפשרות אחרת: גם לפני שצביר גלקסיות השלים את התהוותו, התווך הגזי שלו עשוי להיות צפוף וחם מספיק כדי להשפיע באופן דרמטי על הגלקסיות שבתוכו.
ראש, זנב וקשר בהיר
ל־C26 מבנה המזכיר שביט: אזור מרכזי ומסיבי המשמש כ"ראש", ומאחוריו זנב ארוך המכיל גז וכוכבים. בתוך הזנב נראה גם אזור בהיר וצפוף המכונה קשר.
ניתוח התצפיות מעלה כי מסת הכוכבים בראש הגלקסיה היא כ־22 מיליארד מסות שמש. בזנב, לרבות הקשר הבהיר, מצויים כוכבים שמסתם הכוללת נאמדת בכ־6 מיליארד מסות שמש.
הכוכבים בזנב נראים צעירים יותר מן האוכלוסייה המרכזית. הדבר ניכר במיוחד בקרינה העל־סגולה, הרגישה לכוכבים מסיביים וחמים שנוצרו לאחרונה.
אולם יצירת הכוכבים בראש הגלקסיה חלשה יחסית למה שהיה צפוי מגלקסיה בעלת מסה דומה בתקופה זו. בזנב ובקשר, לעומת זאת, קצב יצירת הכוכבים מתאים יותר לגלקסיות פעילות.
התמונה המתקבלת היא של גלקסיה שבה חומר הגלם ליצירת כוכבים נעקר מן האזור המרכזי, בעוד שחלק מהגז שנדחף החוצה ממשיך ליצור כוכבים בזנב.
יותר ממחצית הגז כבר מחוץ לגלקסיה
תצפיות ALMA אפשרו לחוקרים למפות את הגז הקר, שממנו יכולים להיווצר דורות חדשים של כוכבים.
במערכת עדיין קיימות עשרות מיליארדי מסות שמש של גז קר, אך יותר ממחציתו נמצאת מחוץ לגוף הכוכבי המרכזי. שיא פליטת הגז אינו חופף למרכז הגלקסיה, אלא מוסח ממנו בכ־6 קילופרסק.
הגז שבזנב נראה מפושט ובעל תנועה חלקה יחסית. הוא אינו מרוכז כולו בעננים צפופים וסוערים, התנאים שבהם יצירת כוכבים מתרחשת ביעילות.
לכן, אף שכמות הגז הכוללת גדולה, חלק ניכר ממנו כבר אינו נגיש בקלות לגלקסיה לצורך יצירת כוכבים חדשים. אובדן המאגר המרכזי עלול להוביל בהדרגה לירידה נוספת בקצב יצירת הכוכבים ולכיבויה של הגלקסיה.
מיזוג או לחץ נגיפה?
שני מנגנונים עיקריים יכולים לייצר גלקסיה בעלת זנב ארוך של גז וכוכבים.
הראשון הוא אינטראקציה כבידתית או מיזוג עם גלקסיה אחרת. הכבידה יכולה למתוח את הכוכבים והגז וליצור זנבות גאות ארוכים.
האפשרות השנייה היא הפשטה בלחץ נגיפה. במקרה זה, הכוכבים — המושפעים מעט יחסית מן הגז הבין־גלקטי — ממשיכים במסלולם, ואילו הגז נבלם ונדחף לאחור.
החוקרים בחנו אם הקשר הבהיר שבזנב יכול להיות גלקסיה קטנה שהתנגשה ב־C26. אולם המסה שלו נמוכה מכדי להסביר את עקירתה של כמות כה גדולה של גז באמצעות כבידה בלבד.
גם מבנה הזנב תומך בהפשטה בלחץ נגיפה. הגז נע ברציפות יחסית מן הגלקסיה אל הזנב, ולא נראה כמקבץ של שברים שנקרעו בהתנגשות.
בנוסף, מיזוג משמעותי נוטה לדחוס גז ולעורר התפרצות של יצירת כוכבים. ב־C26, לעומת זאת, יצירת הכוכבים בראש הגלקסיה נמוכה באופן מפתיע.
הזנב מכוון לעבר מרכז הפרוטו־צביר. אם הגלקסיה נעה בכיוון ההפוך, הדבר מתאים לגז שנשאר מאחור בזמן שהגלקסיה חולפת דרך התווך החם.
גלקסיית מדוזה ביקום הקדום
גלקסיות שעוברות הפשטה חזקה בלחץ נגיפה מכונות לעיתים גלקסיות מדוזה, בגלל זנבות הגז והכוכבים המשתרכים מאחוריהן ונראים כזרועות.
גלקסיות מדוזה מוכרות בצבירים קרובים ובוגרים, שבהם הגז הבין־גלקטי חם וצפוף והגלקסיות נעות במהירויות גבוהות. התנאים האלה מפעילים לחץ חזק על הגז שבתוך הגלקסיה.
הייחוד של C26 הוא גילה הקוסמי. היא נצפית בתקופה מוקדמת בהרבה, כאשר הפרוטו־צביר עדיין נמצא בתהליך התהוות.
המחקר מראה כי הפשטה הידרודינמית משמעותית עשויה לפעול כבר בהסחה לאדום 4.3 ולהסיר את רוב מאגר הגז הקר מגלקסיה מסיבית. ([arXiv][1])
תצפיות קודמות כבר הצביעו על הפשטת גז בצבירים ובקבוצות גלקסיות בהסחות לאדום 2.51 ו־3.06, אך C26 דוחפת את התופעה לתקופה קדומה עוד יותר ומראה כי היא יכולה להיות חזקה מספיק כדי להביא גלקסיה מסיבית אל סף כיבוי. ([arXiv][1])
כיצד גלקסיה "מתה"
גלקסיה אינה מתה כאשר הכוכבים הקיימים בה נעלמים. היא נחשבת שקטה או כבויה כאשר היא כמעט מפסיקה ליצור כוכבים חדשים.
לשם יצירת כוכבים נדרש גז קר וצפוף. כאשר הגז מוסר מן הגלקסיה, הכוכבים הקיימים ממשיכים להאיר, אך אין די חומר ליצירת דורות חדשים.
תהליך הפסקת יצירת הכוכבים מכונה כיבוי — quenching. הוא יכול להיגרם מאובדן גז, מהתחממותו, ממשוב של חור שחור פעיל או משילוב של כמה מנגנונים.
החוקרים מציעים כי C26 נמצאת בשלב ביניים: היא עדיין יוצרת כוכבים, אך כבר איבדה חלק גדול ממאגר הדלק שלה. אם הגז לא יחזור אליה ואם החומר שנותר ינוצל או יוסר, היא עשויה להפוך לגלקסיה שקטה.
התהליך עשוי להתקדם מן החוץ פנימה: תחילה נפגעים האזורים החיצוניים, שבהם כוח הכבידה חלש יותר, ובהמשך גם מרכז הגלקסיה מתקשה להמשיך ביצירת כוכבים.
רמז לתעלומת הגלקסיות האדומות והמתות
טלסקופ החלל ג'יימס וב גילה בשנים האחרונות מספר מפתיע של גלקסיות מסיביות ושקטות ביקום המוקדם.
גלקסיות אלה מכונות לעיתים "אדומות ומתות": אדומות משום שאוכלוסיית הכוכבים שלהן מבוגרת יחסית או מוסתרת באבק, ומתות משום שאינן יוצרות כוכבים בקצב משמעותי.
קיומן מעלה שאלה: כיצד הספיקו גלקסיות לצבור מסה רבה, ליצור דורות של כוכבים ואז להפסיק את יצירתם בתוך זמן קצר כל כך לאחר המפץ הגדול?
הממצאים מ־C26 מציעים כי הסביבה הצפופה של פרוטו־צבירים יכולה להיות אחד ההסברים. במקום להמתין להיווצרותו של צביר בוגר, גלקסיות מסוימות עשויות לאבד את הגז שלהן כבר במהלך השלבים הראשונים של בניית הצביר.
גם גלקסיות אחרות בליבת SPT2349-56 נראות עניות יחסית בגז. ייתכן אפוא שלא מדובר במקרה בודד, אלא בתהליך המשפיע על כמה מחברי הפרוטו־צביר ומשנה בהדרגה את אוכלוסיית הגלקסיות שבו.
עדיין מדובר במועמד
למרות העדויות, החוקרים אינם יכולים לעקוב אחר תנועת הגלקסיה בזמן אמת. הם מסיקים את מנגנון ההפשטה ממבנה הגז, תנועתו, כיוון הזנב והיעדר סימנים ברורים למיזוג גדול.
קיימת גם אי־ודאות בהערכת מסות הכוכבים והגז ובחלוקה בין אזורי הגלקסיה. נוסף על כך, המאמר טרם עבר ביקורת עמיתים.
תצפיות המשך ברזולוציה גבוהה יותר באמצעות ALMA וג'יימס וב יוכלו למפות את תנועת הגז ואת אזורי יצירת הכוכבים בפירוט רב יותר. הן עשויות גם למדוד את תכונות התווך החם של הפרוטו־צביר ולבדוק אם הוא אכן מפעיל את הלחץ הדרוש.
למאמר המדעי: פתיחת המאמר המדעי
עוד בנושא באתר הידען
- פנים בחלל: האבל תיעד התנגשות חזיתית נדירה בין שתי גלקסיות
- גלקסיית "מפציצת הצללים" עשויה להסביר חלק ממקורם של הנייטרינו הקוסמיים
- המבקר הבין־כוכבי 3I/ATLAS עשיר במתנול באופן חריג
- האנרגיה האפלה עדיין עומדת במבחן: ניתוח חדש מחזק את התפשטות היקום המואצת
- חורים שחורים מלפני המפץ הגדול? מודל קוסמולוגי מציע “מאובנים” מיקום קדום
