מערכת למידת מכונה שבחנה גם את מיקומם של פוטוני קרינת הגמא וגם את האנרגיה שלהם החלישה טיעון מרכזי בזכות הסבר הפולסרים. המחקר אינו מוכיח שחומר אפל יוצר את הקרינה, אך מראה שעדיין מוקדם לפסול את האפשרות
יכול להיות שהזוהר המסתורי של קרני גמא במרכז שביל החלב נובע בכל זאת מחומר אפל. מחקר חדש, שהתבסס על למידת מכונה ועל יותר ממיליון הדמיות, מראה כי עדיין מוקדם לפסול את האפשרות הזאת.
צוות חוקרים בינלאומי בהובלת מדענים מאוניברסיטת וינה ומהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי בחן מחדש את הקרינה המכונה "העודף במרכז הגלקסיה" – Galactic Center Excess, או בקיצור GCE. מדובר בזוהר חלש וכמעט כדורי של קרני גמא, המשתרע על פני אלפי שנות אור סביב מרכז שביל החלב.
מאז שהתגלה, מנסים אסטרופיזיקאים לברר מה יוצר אותו. אחד ההסברים הוא השמדה הדדית של חלקיקי חומר אפל – תהליך היפותטי שבו שני חלקיקים נפגשים, נעלמים וממירים חלק ממסתם לאנרגיה, לרבות קרני גמא.
הסבר מתחרה הוא שבאזור מרכז הגלקסיה נמצאת אוכלוסייה גדולה של פולסרים של אלפיות השנייה. אלה כוכבי נייטרונים המסתובבים מאות פעמים בשנייה ופולטים אלומות של קרינה. אם הם חלשים ורחוקים די הצורך, טלסקופים עשויים שלא להבחין בכל אחד מהם בנפרד, והקרינה המשותפת שלהם תיראה כזוהר מפוזר.
אף אחד משני ההסברים עדיין לא הוכח.
אזור צפוף ורועש בקרינת גמא
קשה במיוחד לפרש את האות מפני שמרכז שביל החלב הוא אחד האזורים הצפופים והבהירים ביותר בשמי קרינת הגמא. באזור נמצאים מקורות קרינה רבים, ענני גז, שרידי סופרנובות, כוכבים וגופים קומפקטיים.
כדי לזהות את העודף נדרשים החוקרים להעריך תחילה את הקרינה הצפויה מכל המקורות האחרים. כל טעות במודל הרקע עלולה להשפיע על צורתו ועל עוצמתו של האות שנותר.
"הפרשנות של האות קשה במיוחד משום שמרכז הגלקסיה הוא אזור בהיר וצפוף באופן יוצא דופן בשמי קרינת הגמא", הסביר פלוריאן ליסט מאוניברסיטת וינה, ממחברי המחקר.
ניתוחים סטטיסטיים קודמים תמכו לעיתים קרובות בהסבר של מקורות נקודתיים בלתי פתורים, ובהם פולסרים. ואולם חלק מן הניתוחים האלה התבססו בעיקר על מיקומם של פוטוני קרינת הגמא בשמים, בלי לנצל במלואו את המידע על האנרגיה של כל פוטון.
למידת המכונה בחנה גם מיקום וגם אנרגיה
כדי להתמודד עם המגבלה פיתחו החוקרים שיטת הסקה המבוססת על רשת עצבית. הם אימנו אותה באמצעות יותר ממיליון הדמיות של שמי קרינת הגמא, שכללו מודלים שונים של הרקע ושל המקורות האפשריים לעודף.
המודל ניתח בו־זמנית הן את מיקומו של כל פוטון והן את האנרגיה שלו. האנרגיה מוסיפה מידע משום שמקורות שונים עשויים ליצור התפלגויות שונות של פוטונים לאורך ספקטרום קרינת הגמא.
באמצעות ההדמיות יכלו החוקרים לבדוק כיצד היה נראה האות אילו נבע מקרינה מפוזרת וחלקה יחסית, כפי שאפשר לצפות מהשמדה של חלקיקי חומר אפל, וכיצד היה נראה אילו נוצר מאוכלוסייה של מקורות נקודתיים חלשים.
הוספת המידע על אנרגיית הפוטונים שינתה במידה ניכרת את התוצאה.
אם אלה פולסרים, צריכים להיות רבים מאוד
מחקרים קודמים העלו כי את הזוהר אפשר להסביר באמצעות כמה מאות עד כמה אלפי פולסרים שאינם נראים בנפרד. הניתוח החדש מראה כי המקורות הנקודתיים צריכים להיות חלשים בהרבה.
אם העודף אכן נוצר מפולסרים, נדרשים יותר מ־35 אלף מהם ברמת ביטחון של 90%. ההערכה החציונית של המודל גבוהה אף יותר ומתקרבת למאה אלף מקורות באזור מרכז הגלקסיה.
ככל שכל מקור חלש יותר, נעשה קשה יותר להבחין סטטיסטית בין אוכלוסייה עצומה של מקורות חלשים לבין קרינה מפוזרת וחלקה. במצב הקיצוני, כל מקור מפיק בממוצע מספר קטן מאוד של פוטונים, והתמונה המצטברת דומה לקרינה הצפויה מהשמדה של חומר אפל.
"הניתוח שלנו מראה שהמקורות צריכים להיות חלשים כל כך, עד שיהיה כמעט בלתי אפשרי להבדיל בינם לבין הקרינה הצפויה מחומר אפל המשמיד את עצמו", אמר ניקולס רוד מהמעבדה הלאומית לורנס ברקלי.
אין פירוש הדבר שאוכלוסייה כזאת של פולסרים אינה קיימת. אולם ההסבר דורש מספר גדול בהרבה של גופים חלשים מכפי שהניחו כמה מן המחקרים הקודמים.
חומר אפל לא התגלה
הממצאים אינם עדות ישירה לקיומו של חומר אפל במרכז שביל החלב, ואינם מוכיחים שהעודף נגרם מהשמדה של חלקיקיו.
הם גם אינם מוכיחים שהסבר הפולסרים שגוי. ייתכן שבמרכז הגלקסיה אכן קיימת אוכלוסייה גדולה מאוד של פולסרים חלשים שטרם התגלו. נוסף על כך, התוצאה תלויה בדיוקם של המודלים המשמשים לתיאור קרינת הרקע המורכבת באזור.
המחקר מחליש בעיקר טיעון קודם: שהמבנה הלא־אחיד של הקרינה מעיד בהכרח על מספר קטן יחסית של מקורות נקודתיים, ולכן סותר את האפשרות של קרינה מפוזרת מחומר אפל.
במודל הרקע שהתאים בצורה הטובה ביותר לנתונים, העודף היה עקבי במידה רבה עם פליטה מפוזרת מן הסוג שאפשר לצפות בתרחיש של השמדת חומר אפל.
"מקורו של העודף במרכז הגלקסיה הוא אחד הוויכוחים הממושכים ביותר באסטרופיזיקה", אמר ליסט. "המחקר שלנו אינו מראה שחומר אפל אחראי לאות, אבל הוא מצביע על כך שעדיין מוקדם מדי לפסול את האפשרות הזאת".
הוויכוח צפוי להימשך
כדי להכריע בין ההסברים יהיה צורך במידע נוסף. גילוי ישיר של מספר גדול של פולסרים במרכז הגלקסיה יחזק את ההסבר האסטרופיזיקלי. מנגד, גילוי אות בעל מאפיינים דומים בגלקסיות אחרות או בעצמים העשירים בחומר אפל אך דלים בפולסרים עשוי לחזק את השערת החומר האפל.
שיפור המודלים של קרינת הרקע, תצפיות ממושכות יותר ושיטות למידת מכונה המשלבות מידע מרחבי וספקטרלי יוכלו לצמצם את אי־הוודאות.
לעת עתה זוהר קרני הגמא במרכז שביל החלב נשאר תעלומה. המחקר החדש אינו פותר אותה, אך מחזיר את החומר האפל למרכז הדיון.
שאלות ותשובות
מהו העודף במרכז הגלקסיה?
זהו זוהר של קרני גמא שנצפה באזור המקיף את מרכז שביל החלב, מעבר לקרינה הצפויה מן המודלים המקובלים של מקורות קרינת הגמא והרקע הגלקטי.
כיצד חומר אפל עשוי ליצור קרני גמא?
בחלק מן המודלים, חלקיקי חומר אפל הם אנטי־חלקיקים של עצמם. כאשר שני חלקיקים נפגשים הם עשויים להשמיד זה את זה וליצור חלקיקים וקרינה, ובהם קרני גמא. תהליך כזה טרם נצפה ישירות.
מהם פולסרים של אלפיות השנייה?
אלה כוכבי נייטרונים צפופים המסתובבים במהירות רבה, לעיתים מאות פעמים בשנייה. הם יכולים לפלוט קרני גמא, ואוכלוסייה גדולה שלהם עשויה להיראות כמקור קרינה מפוזר.
האם המחקר הוכיח שחומר אפל נמצא במרכז שביל החלב?
לא. המחקר הראה שהנתונים עדיין מתיישבים עם האפשרות של קרינה מחומר אפל, אך גם אוכלוסייה גדולה מאוד של פולסרים חלשים יכולה להסביר אותם.
מה הוסיפה למידת המכונה?
המערכת ניתחה הן את מיקום הפוטונים והן את האנרגיה שלהם, לאחר שאומנה על יותר ממיליון הדמיות. כך ניתן היה להשוות באופן מלא יותר בין קרינה מפוזרת לבין אוכלוסיות של מקורות נקודתיים.
כמה פולסרים דרושים כדי להסביר את הזוהר?
לפי הניתוח, נדרשים יותר מ־35 אלף מקורות ברמת ביטחון של 90%. ההערכה החציונית של המודל היא בסדר גודל של מאה אלף מקורות.
המאמר המדעי
תאריך פרסום המאמר: 12 ביוני 2026
למאמר המדעי: פתיחת המאמר המדעי
עוד בנושא באתר הידען
- טלסקופ החלל ווב זיהה גלקסיה עתיקה וכמעט חסרת סיבוב
- התנגשות בין ענני מגלן עשויה להסביר את התנועה החריגה של הגלקסיה הננסית
- "גלקסיית רפאים" המורכבת מ-99% חומר אפל התגלתה במרחק של 300 מיליון שנות אור
- מדוע גלקסיות סמוכות בורחות מאיתנו: מדענים פתרו לבסוף תעלומה בת חמישים שנה
- צביר גלקסיות בראשית היקום: ווב וצ’נדרה מצאו גז חם מוקדם מהצפוי
