סיקור מקיף

מועמדת לגלקסיה הרחוקה ביותר

באמצעות שילוב עוצמתם של טלסקופי החלל האבל ושפיצר וסיוע של תופעת "עדשת כבידה" בחלל, הצליחו אסטרונומים להשיג שיא חדש של גילוי הגלקסיה המרוחקת ביותר ביקום.

MACS0647-JD - גלקסיה הנחשבת לעתיקה ביותר שנצפתה עד כה (נובמבר 2012). צילום: טלסקופ החלל האבל
MACS0647-JD – גלקסיה הנחשבת לעתיקה ביותר שנצפתה עד כה (נובמבר 2012). צילום: טלסקופ החלל האבל

באמצעות שילוב עוצמתם של טלסקופי החלל האבל ושפיצר וסיוע של תופעת "עדשת כבידה" בחלל, הצליחו אסטרונומים להשיג שיא חדש של גילוי הגלקסיה המרוחקת ביותר ביקום.

הגלקסיה הרחוקה ביותר נראית כמו נורה זעירה וגודלה רק שבריר מזה של שביל החלב שלנו. ואולם היא מאפשרת לנו הצצה בזמן לתקופה שבה היה היקום רק בן 3% מגילו כיום.
אורה של הגלקסיה החדשה, המכונה MACS0647-JD יצא לעברנו כאשר היקום היה בן 420 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. אורה נסע אלינו למשך 13.3 מיליארד שנה.

הממצא הוא התגלית האחרונה בתוכנית המשתמשת בעדשות טבעיות על מנת לחשוף גלקסיות ביקום המוקדם. Cluster Lensing And Supernova Survey (CLASH) של טלסקופ החלל האבל – קבוצה בינלאומית המובלת ע"י מרק פוסטמן מהמרכז המדעי של טלסקופ החלל בבלטימור, משתמשים בצבירי גלקסיות מאסיביים כטלסקופים קוסמיים המגבירים את אורן של גלקסיות הנמצאות מאחוריהם. אפקט זה מכונה "עידוש כבידתי".

לאורך הדרך, כ-8 מיליארד שנה לאחר שהאור שיצא מ- MACS0647-JD החל במסעו הוא נאלץ לבצע מעקף בכמה נתיבים סביב צביר הגלקסיות המאסיבי MACS J0647+7015. בלי יכולות ההגברה של הצביר, לא יכלו האסטרונומים לראות את הגלקסיה המרוחקת הזו. בזכות העידוש הכבידתי יכלו חוקרי CLASH לצפות בשלוש תמונות מוגדלות של MACS0647-JD באמצעות טלסקופ החלל האבל. כבידת הצביר האיצה את האור מהגלקסיה הרחוקה וגרמה לתמונות להיראות בהירות פי 8, 7 ופעמיים בהתאמה מאשר היו אמורות להיראות ללא העידוש והדבר איפשר לאסטרונומים לגלות את הגלקסיה בדרך יעילה יותר ובוודאות גדולה יותר.

"הצביר עושה מה שאף טלסקופ מעשה ידי אדם לא יכול לעשות." אומר פוסטמן "בלי ההגדלה, יידרש מאמץ עצום כדי לצפות בגלקסיה זו."

MACS0647-JD היא כה קטנה עד שהיא עשויה להיות רק השלב הראשון ביצירתה של גלקסיה גדולה יותר. ניתוח ראשוני מראה כי קוטרה של הגלקסיה הוא בקושי 600 שנות אור. בהתבסס על תצפיות בגלקסיות קרובות יותר, מעריכים האסטרונומים כי גלקסיה טיפוסית בגיל דומה צריכה להיות בקוטר של 2,000 שנות אור. לשם השוואה קוטר הענן המגלני הגדול – גלקסיה ננסית המלווה את שביל החלב הוא כ-14 אלף שנות אור וקוטרה של שביל החלב כ-150 אלף שנות אור.

"עצם זה עשוי להיות אחד מאבני בניין רבות של גלקסיה" אומר החוקר הראשי בפרויקט, דן קו מהמרכז המדעי של טלסקופ החלל. "במהלך 13 מיליארד השנים האחרונות, עשויות היו להתרחש עשרות ואף מאות מיזוגים עם גלקסיות אחרות ושברירי גלקסיה."

הגלקסיה נצפתה באמצעות 17 מסננים, החל מהאולטרה-סגול הקרוב ועד לאינפרה אדום הקרוב, תוך שימוש במצלמה רחבת השדה מספר 3 (WDC3) של האבל וכלה באינפרה אדום במצלמת הסקרים המתקדמת (ACS). קו, חבר צוות CLASH גילה את הגלקסיה בפברואר כאשר בחן קטלוג של אלפי עדשות כבידה שהתגלו בתצפיות האבל על 17 צבירים בסקר CLASH, ואולם הגלקסיה נראית רק בשני מסננים בתחום האינפרה-אדום.

לפיכך או ש- MACS0647-JD היא עצם אדום מאוד, הזורח רק בתחומי האור הקרוב לאדום, או שהיא רחוקה מאוד והאור שלה עבר הסחה לאדום לתדרים אלו, או שילוב של השניים". אמר קו. "אנו בוחנים את כל טווח האפשרויות."

צוות CLASH זיהה תמונות רבות של שמונה גלקסיות מעודשות בידי אותו צביר גלקסיות. המיקום שלהן איפשר לצוות למפות את מסת הצביר המורכב בעיקר מחומר אפל.
חומר אפל הוא תצורה בלתי נראית של חומר המרכיב חלק ניכר ממסת היקום. " זה כמו פאזל גדול" אומר קו. "אנו נדרשים לארגן את מסת הצביר כדי שנוכל לבודד את האור מכל גלקסיה למיקום הנצפה".

הניתוח של הצוות חשף כי תפוצת המסה של הצביר מייצרת שלוש תמונות מעודשות של MACS0647-JD במיקומים ובבהירות היחסית שנצפתה בתמונות של האבל.

קו ושותפיו בילו חודשים בשלילה שיטתית של הסברים חלופיים אחרים לזיהוי העצם, לרבות כוכבים אדומים, ננסים חומים, וגלקסיות אדומות (בגלל גיל או אבק) בתווך שבין הגלקסיה לבין כדור הארץ. הם הגיעו למסקנה שההנחה שמדובר בגלקסיה רחוק (רחוקה) מאוד היא ההסבר הנכון.

המאמר יופיע בגליון ה-20 בדצמבר של אסטרופיסיקל ג'ורנל.

להודעה של החוקרים

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

19 תגובות

  1. לא ברור לי איך אפשר לומר את שני הדברים הבאים: (לדעתי יש כאן סתירה פנימית בין שתי הטענות):
    א)היקום נוצר ב "מפץ גדול" כלומר נקודה מסויימת היתה הנקודה שממנה התחיל הכל.
    ב)היקום הוא הומוגני.

    הסיבה פשוטה:
    אם היקום הוא הומוגני אז אין שום איזור ביקום שהוא שונה מאיזורים אחרים .
    כלומר :
    אם נסגור כדור בעל קוטר סופי סביב נקודת "המפץ הגדול" הוא לא יהיה שונה מכל כדור אחר שנסגור סביב כל נקודה אחרת ביקום. אבל זה עומד בסתירה לכך שהחומר ביקום מתרחק מנקודת התחלה מסויימת.
    אם למשל היו מודדים את כיוון ההתקדמות של הגלקסיות אז כל הגלקסיות היו צריכות להתרחק ממרכז אחד שמשותף לכולן.
    נקודת המרכז הזו היא נקודה מיוחדת ביקום . זה אומר שהיקום אינו הומוגני. זה גם עומד בסתירה לתורת היחסות.
    אשמח מאוד אם מישהו יוכל לישב את הסתירה הזו.

  2. תודה על ההתייחסות. אני כנראה שבוי עדיין במכניקה הפרימיטיבית שבה כאשר גם הזמן וגם המרחק אינם ידועים, צריך לדעת בוודאות לפחות אחד מהשניים כדי לחשב את האחר.

  3. הכשל הלוגי שלך הוא באי הבנת המושג שנת אור. זה מושג של מרחק מצד אחד, וגם מעיד על הזמן שעבר מאז האור יצא מאותה נקודה.
    כמו שהמושג קמ"ש מעיד גם עם מהירות וגם מאיזה מרחק הרכב יצא עד שהגיע לנקודה הנוכחית.

  4. שאלת תם:
    תופעת ההיסט לאדום משמשת הן לאומדן מרחקן של גלקסיות בזמן מראשית היקום והן לאומדן מרחקן מאיתנו במרחב, הלא כן?
    זה מעורר בי תחושת בטן של אי נוחות, כביכול אנו משתמשים באותו הנתון כדי לגלות שני נעלמים שכל אחד מהם דרוש כדי לפענח את משנהו. רוצה לומר – בהכרח כדי להשתמש בהיסט לאדום כדי להסיק מסקנות לגבי גילו של היקום, או לחלופין – גודלו, עלינו להניח את המבוקש לגבי אחד משני הנתונים, הלא כן? או שישנו נתון נוסף שמאפשר לנו לבחון את תקפות ההנחה הזו (נניח – עוצמת ההארה של גלקסיות מאותו הטיפוס כדי לאושש את נתון המרחק)?
    האם אין זה מחייב להניח מראש, כאקסיומה, שגלקסיות רחוקות יותר מ"מרכז היקום" הן בהכרח ישנות יותר? ומה אם אין זה כך?
    בקיצור, היכן הכשל הלוגי שלי שמונע ממני להבין זאת?

  5. אני לא בקיא במיוחד בחישובים או מכיר את כל הנתונים, אבל – להבנתי היקום בזמן ההוא היה צעיר מאד וקטן בהרבה. הגלקסייה שלנו עדיין לא הייתה קיימת (ולכן גם לא רלוונטי מרחקה באותו זמן מאותה גלקסייה קדומה) אלא נוצרה בהמשך עם התרחבות היקום.דבר זה יכול להסביר כיצד לקח לאור כל כך הרבה זמן "להשיג אותנו". תקנו אותי, או לא.

  6. לאחר כ 420 מיליון שנה האור יעבור את המרחק ההתחלתי בין הגלקסיות.

    גלקסיה שמהירותה 4% ממהירות האור תעבור באותו פרק זמן מרחק של כ 29.4 מיליון שנות אור.

    האות ישיג את הגלקסיה המתרחקת לאחר זמן כולל של כ 437.5 מיליון שנות אור.

    תוצאה זו קטנה משמעותית מ 13 מיליארד שנים.

  7. השאלה שנשאלה כאן היא בעיקרון נכונה. התשובה הבסיסית היא, שגלקסיות מתרחקות זו מזו במהירות המושפעת בעיקר (כאשר מדובר על גלקסיות רחוקות זו מזו) על ידי צמיחת המרחב עצמו.

    ולכן, דבר ראשון, 420 מליון שנה אחר המפץ הגדול, גודל היקום יכל להיות גדול בהרבה מ-840 מליון שנות אור, כיוון שהתרחבות היקום עשויה להיות מהירה בהרבה ממהירות האור (ניתן לחשב את קצת ההתרחבות ביחס לקצוות נכון לאותו הזמן).

    דבר שני, האור שיצא לדרכו אז, התרחק גם הוא במהלך דרכו אלינו, שוב בגלל התרחבות המרחב.

    מה שכל זה אומר, שמדענים שרואים היום את הגלקסיה, ומעריכים את המרחק שלה מאיתנו, ואז בשביל נוחות מתרגמים את המרחק לשנות אור ויוצא להם כ-13 מליארד שנים, אין זה מעיד כלל על הזמן שהאור יצא בפועל ממקורו, כיוון שהמרחק גדל בדרכו, אזי זמן היציאה בפועל היה הרבה יותר קצר ביחס למרחק, מה ששוב משנה את החישוב לגבי גיל היקום בזמן היציאה, מה ששוב יכול להשפיע על המרחק שהיה בזמן היציאה. כך שהנושא נראה לא ברור.

    צריך לקחת בחשבון שאיך שלא יהיה, כרגע הגלקסיה פיסית כבר נמצאת ככל הנראה במרחק גדול בהרבה.

  8. עניתי לך ולכן לא אעשה זאת שוב
    רק שים לב שהחישוב הפשוט שלך יעלה 4% ממהירות האור ולא 40% (מה שמסתדר היטב כיוון שזהו הוא פשוט חישוב מופרך).

  9. חישוב פשוט יראה שאות המגיע לאחר כ 13 מיליארד שנה מגלקסיה מתרחקת , כאשר המרחק ההתחלתי היה כ 420 מיליון שנות אור,
    מחייב מהירות יחסית ממוצעת בין הגלקסיות של כ ארבעים אחוז ממהירות האור במשך כל התקופה.

    האם זה מתאים לתיאוריות המקובלות היום ?

  10. שואל,

    כמו שאמרתי – כאשר יצא האור ייתכן שהגלקסיה הייתה מרוחקת ביותר מ-420 מיליון שנות אור.
    יתר על כן – תוך כדי תנועתו של האור גדל המרחק בין מיקומו לבין שביל החלב ולכן גם אם המרחק היה בהתחלה נניח X שנות אור, הרי שהאור יגיע לשביל החלב לאחר יותר מ-X שנים.

  11. לא מבין איך אותות ששודרו מגלקסיה בזמן שהייתה במרחק של כ 420 מיליון שנות אור מכדור הארץ,

    נקלטים רק לאחר חלוף כ 13 מילארד שנים.

  12. אני לא זוכר הרבה מאסטרופיסיקה וקוסמולוגיה ולכן אני יכול להתבלבל ולטעות במה שאני כותב כאן.
    אבל כמו שצבי כתב- אין דבר כזה הגלקסיה הכי רחוקה
    יש ביקום אופק שמעבר לו אנחנו לא יכולים לראות עקב יחס בין מהירות התפשטות היקום למהירות האור אזורים שמתרחקים מאיתנו מהר יותר ממהיורות האור- לעולם לא נראה אותם.
    אם היקום מתפשט בהאצה (מה שחשבו בפעם האחרונה שלמדתי על זה) אז האופק הזה אמור לקטון עם הזמן.
    בתוך החלק של היקום שנמצא לפני האופק הזה- אפשר לדבר על הגלקסיה המרוחקת יותר- למרות שמהומגניות של היקום אני חושב שגם זה די חסר משמעות.

  13. שואל,

    הגדרתה המרחק בקוסמולוגיה אינה פשוטה ודברים שונים, שלרוב נראים לנו כהגדרות שקולות של מרחק מקבלות בקוסמולוגיה תוצאות שונות (לפרטים, ראה http://en.wikipedia.org/wiki/Distance_measures_(cosmology)
    בכל מקרה, מאחר ומניחים כי היקום הוא הומוגני (כלומר אין נקודה אחת שונה מרעותה) בהכרח אין ליקום קצה. יתר על כן, מאחר והיקום הוא למיטב ידיעתנו שטוח (כלומר הוא אינו בעל מבנה של "פני כדור ארבע מימדי") – הרי שאין לדבר על מרחק מקסימלי בין שתי גלקסיות – כל גלקסיה שמרוחקת מאיתנו, תמיד יש גלקסיה מרוחקת יותר.
    לאור כל זאת אין מה לדבר אלא על קצה היקום הנצפה, כלומר הנקודה המרוחקת ביותר שאפשר לראותה – נקודה זו עשויה להתרחק וכך גלקסיות נוספות יכולות להיכנס אל שדה הראייה שלנו ואכן, היום ניתן לראות גלקסיות בהן לא היה ניתן לצפות משביל החלב לפני 10 מיליארד שנים.

    מקס פאור,
    האצה היא אכן מושג מוזר בהקשר לאור – ואולם, מאחר והאצה היא שינוי מהירות (הן במובן של שינוי גודלה של המהירות והן במובן שינוי כיוונה) הרי שכבידה בהחלט יכולה לשנות את כיוון תנועתה של קרן אור וזה אכן קורה בעדשות גרוויטציוניות כמו זו שעליה מדברים במאמר.

  14. "כבידת הצביר האיצה את האור מהגלקסיה הרחוקה" האם אפשר להאיץ את האור ?

  15. 420 מיליון שנה לאחר המפץ הייתה הגלקסיה ה"חדשה" במרחק מקסימלי של 840 מיליון שנות אור מכדור הארץ. (בהנחה מקסימלית שהגלקסיות נעו במהירות האור ובכוונים מנוגדים)
    כיצד ייתכן שאותות ששודרו כאשר המרחק המירבי בין הגלקסיות כ 800 מיליון שנות אור, הגיעו לכדור הארץ לאחר כ 13 מיליארד שנים ?

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן