סיקור מקיף

אסטרופיסיקאים באוניברסיטה העברית גיבשו הבנה חדשה על היווצרות הגלקסיות ביקום

החוקרים הראו לראשונה שהגלקסיות נוצרו באמצעות סילוני חומר ואילו להתנגשויות ביניהן היתה השפעה מועטה בלבד על התפתחותן – בניגוד למה שמקובל לחשוב

תמונה 1: גלקסיה ספיראלית. התמונות באדיבות פרופ' אבישי דקל
תמונה 1: גלקסיה ספיראלית. התמונות באדיבות פרופ' אבישי דקל

קבוצת חוקרים בראשות פרופ' אבישי דקל ממכון רקח לפיסיקה באוניברסיטה העברית בירושלים הראתה בעזרת הדמיות מחשב מתקדמות שהגלקסיות נוצרו ביקום הקדום באמצעות סילוני חומר בעלי עצמה רבה, ואילו להתנגשויות בין הגלקסיות היתה השפעה מועטה בלבד על התפתחות הגלקסיות, בניגוד למה שמקובל לחשוב. תוצאות המחקר יתפרסמו מחר בכתב העת היוקרתי Nature.

הגלקסיות הן אבני הבניין של היקום. כל אחת מכילה כמאה מיליארד כוכבים מאירים כמו השמש שלנו ומשתרעת על פני כחמישים אלף שנות אור (המרחק אותו עובר אור בשנה אחת). כל גלקסיה שוכנת במרכזו של כדור גדול ומסיבי פי עשר מאוסף הכוכבים המאירים, העשוי בעיקר מחומר אפל (חומר שאינו פולט אור ושטיבו אינו ידוע), ושאותו ניתן לזהות באמצעות כוח המשיכה שהוא מפעיל על הכוכבים הנראים בטלסקופים.

ישנם שני סוגים עיקריים של גלקסיות: ספיראליות ואליפטיות. הגלקסיות הספיראליות (כמו גלקסיית "שביל החלב" שלנו) הן דיסקות מסתובבות, עשירות בגז מימן אשר הופך בהדרגה לכוכבים חדשים, בקצב של כוכבים אחדים בשנה. הכוכבים הצעירים מעניקים לגלקסיות הספיראליות גוון כחול (תמונה 1). לעומתן, לגלקסיות האליפטיות מבנה כדורי, והן נטולות גז ולכן מכילות בעיקר כוכבים זקנים שלהם גוון אדום (תמונה 2). הניסיון להבין את האופן שבו נוצרו הגלקסיות משני הסוגים הוא האתגר הגדול בתחום חקר היקום כיום. היווצרות הגלקסיות הוא השלב הראשון בתהליך הקוסמולוגי שהוביל בסופו של דבר להיווצרות החיים.

תמונה  2: גלקסיה אליפטית
תמונה 2: גלקסיה אליפטית

המודל המקובל של היווצרות גלקסיות התבסס על נפילה של גז מכל עבר אל מרכזי הגלקסיות ועל התנגשויות בין גלקסיות. ההנחה היתה שדיסקות של גז מימן נוצרו ראשונות ויצרו בתוכן כוכבים בקצב איטי. כאשר שתי דיסקות התנגשו ביניהן, הן התמזגו והפכו לכדור של כוכבים. על פי המודל הזה, ענני הגז המתנגשים יוצרים הבזק של כוכבים חדשים בקצב מוגבר של מאה כוכבים בשנה ויותר.

החוקרים החליטו לבחון מחדש את המודל הזה בעקבות תצפיות אסטרונומיות בטלסקופים חדשניים, שמקנים מבט לעומק רב ביקום ובכך מאפשרים חקר של הגלקסיות כפי שהיו לפני יותר מעשרה מיליארד שנה (כשלושה מיליארד שנה אחרי המפץ הגדול שבו נוצר היקום על פי הקוסמולוגיה מודרניות). הגלקסיות הגדולות, כפי שהן נראות בתקופות קדומות אלה, יצרו כוכבים בקצב גבוה מאד, אך הן אינן נראות כהתמזגויות. בניגוד לצפוי, הגלקסיות הללו הן דיסקות מסתובבות גדולות ובהן גושים גדולים שבתוכם נוצרו הכוכבים. תצפיות מהפכניות אלה בוצעו על ידי אסטרונומים גרמניים ואמריקאים שותפים של קבוצת המחקר הישראלית. בעקבות הגילוי, עלתה השאלה כיצד יצרו בשלב כה מוקדם גלקסיות אלו כוכבים באופן כה מהיר ובכמות כזו גדולה, שלא באמצעות התמזגויות מסיביות, כפי שהציע המודל המקובל.

תמונה 3: זרימה של חומר אל מרכזה של גלקסיה דרך שלושה סילונים של גז קר, כפי שנראים בהדמיית מחשב של גלקסיה הנוצרת בסביבה קוסמולוגית. ניתוח של תמונות כאלה מהווה את הבסיס לתיאוריה החדשה של היווצרות גלקסיות באמצעות סילונים קרים
תמונה 3: זרימה של חומר אל מרכזה של גלקסיה דרך שלושה סילונים של גז קר, כפי שנראים בהדמיית מחשב של גלקסיה הנוצרת בסביבה קוסמולוגית. ניתוח של תמונות כאלה מהווה את הבסיס לתיאוריה החדשה של היווצרות גלקסיות באמצעות סילונים קרים

לדברי פרופ' אבישי דקל מהאוניברסיטה העברית "פיתחנו מודל תיאורטי חדש אשר מסביר את התצפיות שהיו בלתי מובנות עד עתה. החישובים התיאורטיים מגובים על ידי הדמיית מחשב באיכות חסרת תקדים של התפתחות היקום, שבוצעה באמצעות מחשב-על על ידי שותפי מחקר צרפתיים. הגודל והדיוק של הדמיה ייחודית זו אפשרו לראשונה מחקר מפורט של התהליך שבו חומר מצטבר בגלקסיות, תהליך שאפשר את צמיחתן ויצירת הכוכבים בהן".

על פי ההדמיה החדשה, מרבית הגלקסיות נבנות באמצעות סילונים רציפים של גז קר ולא באמצעות התנגשויות של גלקסיות. בממוצע שלשה סילונים בונים כל גלקסיה. סילוני הגז עוקבים אחר המבנה הקוסמי דמוי קורי עכביש של החומר ביקום (Cosmic Web), קורים שלאורכם זורם גם החומר האפל אל הגלקסיות. כפי שנראה לראשונה בהדמיית המחשב (תמונה 3), זרמי הגז הקר חודרים דרך כדור החומר האפל ובו גז חם אל מרכז הכדור שם הם יוצרים דיסקה מסתובבת. הגז הצפוף בדיסקה, בהשפעת כוחות המשיכה שלו עצמו, מתפרק לגושים גדולים שבהם הגז הופך לכוכבים ביעילות רבה. פרופ' דקל וקבוצתו הראו שקצב היווצרות הכוכבים על פי המודל התיאורטי של הסילונים אכן תואם לקצב המהיר שנמדד בטלסקופים. "בניגוד למודל שהיה מקובל עד כה, להתנגשויות בין גלקסיות תפקיד משני בלבד ביצירת הגלקסיות" אומר פרופ' דקל. המוקדם.

"בשיתוף עם עמיתי, פרופ' ראם סרי, פיתחנו תיאוריה פיסיקאלית שמסבירה את היווצרות גושי הענק בדיסקה ומנבאת גם היווצרות מוקדמת של גלקסיות אליפטיות, כתוצאה מנדידת גושים אל מרכז הדיסקה והתלכדותם שם למבנה כדורי” מוסיף פרופ' דקל. באמצעות הדמיות מחשב חדשות, מתקדמות יותר מכל מה שהיה מקובל עד כה, הוכיחו פרופ' דקל ועמיתיו שהמודל התיאורטי שפיתחו מסביר את התהליכים המורכבים שהתרחשו בעת היווצרותן של הגלקסיות ביקום המוקדם. "זוהי הדרך העיקרית להיווצרות גלקסיות” אומר דקל. המחקר מסייע להבנה חדשה של אופן היווצרות המבנים ביקום — אותם עצמים שהובילו בסופו של דבר להיווצרות החיים.


חוקרים מהאוניברסיטה העברית גילו חוט קוסמי של חומר אפל בקרבת שביל החלב

מחקר של פרופ' אבישי דקל חשף את החומר האפל

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

21 תגובות

  1. למורדי:
    הדוגמה שנתת היא משקפת היגיון נכון ומדויק, אך אינני מבין מה הקשר להתפשטות היקום שאנו מדסכסים בה כאן. תמיד הקטן הוא ענק ביחס לקטנטן ממנו והענק הוא הקטן ביחס לגדול ממנו. נכון! אבל העניין הוא שלו גירדת אפילו את הנושא שהדרכים והתאוריות שלפיהן היקום הוא מה שהוא היום.

  2. למורדי

    כל הסבריך הם יפים רק שלצערי לא מדובר על היקום שלנו!
    כל השמשות מסתובבות סביב מרכז הגלקסיה ולא אחת סביב עצמה, וירחים לא נוצרו בגלל פעילות וולקנית
    אז בתור התחלה רצוי לקרוא איזה ספר טוב בנושא. ואז נישמח לענות לשאלותיך ולהגיב לתגובותייך

    נום טוב
    סבדרמיש יהודה

  3. למה לסבך את בריאת היקום ?

    הרי לשמש שלנו יש שמש אם(1) שהשמש שלנו מסתובבת סביבה

    מכאן שלשמש אם יש גם שמש אם(2) ששמש אם(1) מסתובבת סביבה,

    למעשה ככל שנעמיק למרכז הגלקסיה תהיה שמש אם ,עד שנגיע למרכז הגלקסיה

    ושאנו נמצא את השמש הראשית שמחיקה את כל הגלקסיה שלנו ולשמש הזו אנו קוראים חור שחור.

    וכמובן שלגלקסיה שלנו יש שמש אם שמחזיקה את הגלקסיה שלנו ואת כל הגלקסיות האחרות שנמצאות בתחום הכידה שלה.
    לא יהיה יותר פשוט אם נחשוב לכיוון ,שהשמש יצרה אותנו ואת כל כוכבי הלכת שבמערכת השמש.
    וכוכבי הלכת יצרו את הירחים שסביבם והירחים הללו יצרו בעתיד ירחים.
    מכאן שהיקום רק מתפשט ומערכות וגלקסיות מתרחבות.
    הרי כל כוכב שיש בו פעילות וולקנית קיימת האפשרות שבמהלך חייו של כוכב כזה יהיו מספר התפרצויות על שיצאו מתחום האטמוספרה וחלקים מהחומר שהתפרץ לחלל יכול להתפס בנקודת אפס עם הכוכב והנה נוצר ירח.

    ככל שנעמיק לעומק היקום אנחנו נראה שזה רק יקום אחד מיני רבים שקיימים.

    ככל שנעמיק לכיוון של הגדלת הדברים הקטנים נגלה שאין סוף תמיד החלקיק הכי קטן הוא עדיין ענק ביחס לחלקיק הקטן ממנו.

    כולם מחפשים איך נו

  4. ישעיה:
    באמת שלא נסיתי לאתגר אותך.
    ידעתי מה הוויכוח בינינו וידעתי שזה לא חלק ממנו.
    לכן גם ידעתי שדברי יובנו כדוגמה טובה לחשיבות הגיוון.

  5. מיכאל ר. – נו טוב. כבודן של הסימולציות במקומו מונח. גם כבודו של הגיוון. ייכנראה שההומור הגס והנמוך כלפי מחקר רציני של האוניברסיטה העברית היה לא במקומו. אפילו כבודה של האבולוציה מונח במקומו. רק אעיר לך שאתה משחית עמל לריק כשאתה מנסה לאתגר אותי בענין זה – אזכורה של האבולוציה, אפילו ללא הקשר של ממש לנושא, איננו מאתגר אותי. שהרי היא מנגנון ולא סיבה ואנו – על קיומה או על אי קיומה של סיבה אחת ראשונית להכל – על כך אנו מתווכחים תדיר.

  6. ישעיה:
    זה סוג הטענות שאני תמיד מוצא לנכון להגיב עליהן.
    מי שמך לומר לאחרים מה לעשות עם הכסף שלהם והזמן שלהם?
    לדעתי המחקר הזה מוצדק אבל גם דעתי לא חשובה.
    מישהו מתעניין במשהו מוצא את המשאבים לחקור אותו ובא מישהו אחר ויורד עליו על כך שאינו עושה משהו אחר (שהוא בדרך כלל משהו שגם המתלונן איננו עושה!).
    בכל תחום בחיים – הגיוון הוא המפתח להצלחה.
    באבולוציה הביולוגית מקנה הגיוון של המין ערובה לשרידותו.
    המחקר המגוון יוצר פתרונות מעשיים רבים – גם בתחומים שלא אליהם כוון – וזאת מעבר לעובדה שגם התחומים שאליהם המחקר מכוון הופכים ברבות הימים למועילים.

    הסימולציות הן דרך לבחון הנחות ואת ההנחות אפשר להפריך במקרים רבים.
    איך מפריכים אותן? – בין השאר על ידי סימולציה שהרי אם מבצעים סימולציה של התהליך שאמור היה להניב תוצאה מסוימת והתוצאה לא התקבלה – אות הוא שהתהליך אינו מניב את מה שחשבו שהוא מניב.

  7. אני פשוט תוהה איך שעשועים בסימולציות גרפיות יקדמו במשהו את האנושות. אולי אפשר לתת עדיפות למחקרים יישומיים על פני סברות כרס שאי אפשר להפריך או להוכיח וגם לא משנה כהוא זה אם יוכחו כנכונות? לא סתם הזכרתי איש רעב כקבוצת בקרה. אם להשתמש בסגנונו הייחודי של אחד משרי האוצר שלנו לשעבר, הייתי אומר משהו כמו "משוגעים, תרדו מהכוכבים !" תתחילו למצוא שיטות חדשות לייצור מזון, מים ואנרגיה או שכולנו נמות הרבה לפני שנדע מי נפח את הגלקסיות מכרסו העצומה.

  8. מיקי:
    רואים גם גלקסיות חגות אחת סביב השניה.
    הדוגמה של מערכת השמש מתאימה במידת מה כיוון שרוב החומר שהיה בענן ממנו נוצרה השמש אכן התנגש בשמש ומהווה היום חלק ממנה.
    מיעוטו נשאר בכוכבים.
    החומר שנשאר בכוכבים נוצר אף הוא מהתנגשויות של חלקי חומר שנעו בענן הגז.
    הכוכבים היחידים שנותרו באזור (עד כדי אסטרואידים) הם כאלה ש"הצליחו" לסנכרן את מסלוליהם – כלומר להיות במסלולים שאינם חוצים זה את זה (כמעט – יש חריג בקצה מערכת השמש אבל גם שם החציות מועטות).
    יש גלקסיות לוויניות הסובבות את שביל החלב ויש ביניהן גם כאלו שברבות הימים תיפולנה לתוכו.
    יש גם תסריטים אפשריים בהם עוברת גלקסיה גדולה סמוך לגלקסיה גדולה אחרת מבלי שהשתיים תתנגשנה.

  9. עדיין זה לא נראה לי הגיוני כל העניין הזה: אם נבחר באפשרות שאכן מדובר בכח הגרביטציה כגורם למשיכה המדוברת בין הגלקסיות אזי אם נניח שאכן מדובר בטווחים כאלה עצומים ושניתן להתייחס לכל גלקסיה כגוף בפני עצמו, בעל עקמומיות מרחבית משלו, ששווה לסה"כ העיקום המרחבי של הגופים היוצרים אותו דהיינו עקרון סופר-פוזיציה, ואז אני שואל את השאלה מדוע אם כך אנו לא רואים גלקסיות חגות אחת סביב השניה כמו מערכות שמש, למה להתנגש/להתמזג דווקא? הרי לפי ההנחה הרווחת לכל גלקסיה יש מהירות (תאוצה?) הן לא עומדות במקום ונמשכות אחת לשנייה.

  10. מיקי:
    תגובתו של א.בן-נר נראית לי נכונה וברצוני רק להוסיף שאילו לקחת את הרעיון שמאחרי שאלתך צעד אחד הלאה היית צריך לתמוה על כך שאנחנו איננו מועפים מכדור הארץ ושכדור הארץ אינו מתפרק.
    הכל כאן שאלה של טווחים.
    במרחק שבינינו לבין כדור הארץ כמו גם במרחקים שבתוך צבירי הגלקסיות גובר כוח המשיכה בשעה שבמרחקים גדולים יותר גוברת האנרגיה האפלה.
    אגב, כיוון שתכונותיה של האינפלציה אינן מוכרות די הצורך לא ידוע אם המצב שכרגע תיארתי יישאר נכון לעולמי עד ויש החוזים התגברות האינפלציה עד כדי כך שהיא תגבר לא רק על כוח המשיכה אלא גם על הכוחות האלקטרומגנטים ושאר הכוחות המחזקים את החומר. על פי תיאוריה זו אחריתו של היקום היא התפשטות עד כדי פירוק מוחלט של החומר.

  11. למיקי, דבר מה נוסף.
    15 מיליארד שנות אור אינו "אופק היקום"אלא….
    "אופק היקום הנראה". מעבר לאופק זה, לא מן הנמנע כי, קיים יקום שאיננו רואים. למשל, יקום שמהירות התרחקותו מאיתנו, כתוצאה מהתפשטות המרחב, גדולה ממהירת האור ולפיכך,איננו יכולים לצפות בו באמצעות הקרינה האלקטרומגנטית הנפלטת שם.

  12. למיקי
    העלית שאלה שעניינה גם אותי,
    אכן, לכאורה, קיימת כאן סתירה בין התפשטות היקום לבין, ההתנגשויות בין גלקסיות שכנות.
    ואולם לדעתי, פיתרון הבעיה נעוץ בהבנת סדרי הגודל של היקום. היקום הוא כנראה באמת ענק.
    כה ענק, עד כי גודל של גלקסיה בודדת לעומת גודל היקום כולו, איננו יותר גדול (וכנראה הרבה, הרבה, הרבה, יותר קטן)מאשר, לדוגמא, גודלו של אטום מימן בודד ביחס לגודלה של הגלקסיה שלנו, כולה וכך, גם המרחקים בין הגלקסיות. במילים אחרות, בקנה מידה קוסמולוגי, המרחקים בין הגלקסיות הם קטנים ביותר. בקנה מידה קוסמולוגי הגלקסיות הן צפופות ביותר ולכן,קיימת בין גלקסיות שכנות, אינטראקציה כבידתית, חזקה (הרבה) יותר מהכח האינפלציוני של היקום שנהוג כיום לכנותו, אנרגיה אפלה. בכתבה שהתפרסמה
    באתר זה רק לפני כשבועיים צויין כי, האנרגיה האפילה מונעת מצבירי גלקסיות להתפתח ולגדול.
    ככל הידוע לי, גודל אפייני של צביר קלקסיות הינו
    כ-10^10 שנות אור בעוד שגודל אופייני של גלקסיה הינו כ-4^10 שנות אור ומרחק אופייני בין גלקסיות שכנות הינו כ- 5^10 שנות אור.
    דהיינו טווחי המרחקים בהם האינטראקציה הכבידתית נחלשת לעצמתה של האנרגיה האפילה
    הינם פי 100,000 יותר גדולים מהמרחקים בין
    הגלקסיות המתנגשות. זה להבנתי ההסבר לעניין
    ההתנגשויות בין הגלקסיות.

  13. מישהו יכול להסביר לי:
    למה גלקסיות יכולות להתנגש, זה לא סותר את התאוריה שהגלקסיות מתרחקות אחת מן השנייה? (כמו ההסבר עם הבלון שמתנפח ועליו יש נקודות שמתרחקות אחת מן השנייה)
    איך זה יכול להיות שכשמסתכלים לאופק הייקום, כלומר כ- 15 מיליארד שנים אחורה בזמן, ישנם עדיין גלקסיות שנראות בדיוק כמו הקרובות ביותר אלינו?

  14. ישעיה עבד השם.
    מהדברים שלך נראה שאותה נפיחה היתה קול אלוהים שקורא לך מתוך הסנה הבוער.
    למזלך הרע לא היה לידך מי שידריך אותך מה משמעות הקולות ששמעת והריחות שהרחת.

  15. לישעיה, אכן גם מתגובותיך הקודמות נראה שיש לך בטן מלאה על המדע שמסרב ללכת בעקבות המדענים הגדולים שלפני גלילאו בתחום האסטרופיסיקה ולפני דארווין בתחום הביולוגיה שסברו בתום לב שתפקיד המדע הוא לגלות את סודות הבריאה.
    כמו שפעם היה חידון בערוץ 7 שלפני השאלה הציגו: מנפלאות הבריאה – מהי מהירות הקול…

  16. לא צוין בכתבה מה הגורם המכריע את סוג הגלקסיה שתיוצר – ספיראלית או אליפטית. מישהו יכול בבקשה להסביר את התהליך אשר מוביל יוביל לאופי הגלקסיה שתיוצר??

    תודה ויום טוב

  17. סימולציה שערכתי תוך האזנה לקולות הבוקעים מבטני אחרי ארוחה דשנה (בטן של סומאלי רעב שימשה לי קבוצת בקרה), מראה שיש היתכנות מסויימת לכך כי בניגוד למה שמקובל לחשוב, העולם נוצר מנפיחה אדירת מימדים שהתרחשה לפני כ – 15 מיליארד שנה. הדיה וניחוחה של נפיחה זו עדיין ניכרים מדי פעם מעל דפי מגזינים פסבדו-מדעיים.

  18. שלמה, אכן כן הכוכבים נוצרו מוקדם מכפי שישערו עד כה, דבר שכנראה מצביע על גיל היקום כבן 6000 שנה לערך.
    כמו כן תהליך יצירת הכוכבים נמשך בערך יום שלם.

    סתאאאאם
    🙂

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן