מודל חדש מציע שכוכבים מסיביים במיוחד באשכולות כדוריים עתיקים עיצבו את ההרכב הכימי שלהם, תרמו להיווצרות הגלקסיות הראשונות ולהופעת חורים שחורים בעלי מסה בינונית
מודל חדש שופך אור על התעלומות הכימיות ארוכות השנים שהתגלו באשכולות כדוריים – ארכיוני העומק של היקום.
שיתוף פעולה בינלאומי בראשות החוקר מארק חילס (Mark Gieles), חוקר ICREA מן המכון למדעי הקוסמוס של אוניברסיטת ברצלונה (Institute of Cosmos Sciences of the University of Barcelona, ICCUB) ומן המכון לחקר החלל של קטלוניה (Institute of Space Studies of Catalonia, IEEC), פיתח מודל חלוצי המסביר כיצד כוכבים מסיביים במיוחד (Extremely Massive Stars, EMS) שמסתם עולה על פי 1,000 ממסת השמש עיצבו את היווצרותם והתפתחותם המוקדמת של צבירי הכוכבים העתיקים ביותר ביקום.
המחקר, שפורסם בכתב העת Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, מראה כי ענקי־על כוכביים קצרי־חיים אלה מילאו תפקיד מרכזי בשינוי ההרכב הכימי של אשכולות כדוריים (Globular Clusters, GCs) – מן המערכות הכוכביות העתיקות והמסתוריות ביותר הידועות לנו.
אשכולות כדוריים: ארכיוני העומק של היקום
אשכולות כדוריים הם צבירים כדוריים ודחוסים, המכילים מאות אלפי ועד מיליוני כוכבים, המצויים כמעט בכל גלקסיה – לרבות שביל החלב. מרבית האשכולות הללו עתיקים יותר מ־10 מיליארד שנה, עובדה המרמזת על כך שנולדו זמן קצר לאחר המפץ הגדול.
הכוכבים באשכולות כדוריים מציגים דפוסים כימיים יוצאי דופן, ובהם רמות בלתי צפויות של הליום, חנקן, חמצן, נתריום, מגנזיום ואלומיניום. זה עשרות שנים שהאנומליות הללו מעסיקות את האסטרונומים. נוכחותן של "אוכלוסיות מרובות" (multiple populations) מרמזת על תהליכי העשרה כימית מורכבים שהתרחשו בעת היווצרות האשכולות, ככל הנראה בהשתתפות חומר כוכבי לוהט במיוחד ששימש כ"מזהם" כימי.
מודל חדש להיווצרות אשכולות
המחקר החדש נשען על מודל היווצרות כוכבים הידוע בשם "מודל זרימה אינרציאלית" (inertial-inflow model), ומרחיב אותו לסביבות הקיצון של היקום המוקדם. החוקרים מראים כי באשכולות הכוכבים המסיביים ביותר, גז טורבולנטי מוביל באופן טבעי להיווצרותם של כוכבים מסיביים במיוחד (EMS) שמסתם נעה בין פי 1,000 לפי 10,000 ממסת השמש.
כוכבים מסיביים אלה פולטים רוחות כוכביות עוצמתיות, העשירות בתוצרים של בעירת מימן בטמפרטורות גבוהות מאוד. הרוחות הללו מתערבבות עם הגז הראשוני וה"בלתי מזוהם" בסביבתן, וכך נוצרות אוכלוסיות כוכבים חדשות בעלות חתימה כימית ייחודית.
"המודל שלנו מראה שמספיקים כמה כוכבים מסיביים במיוחד כדי להותיר חותם כימי מתמשך על אשכול שלם", אומר מארק חילס (ICREA–ICCUB–IEEC). "הוא יוצר סוף־סוף חיבור ישיר בין הפיזיקה של היווצרות האשכולות לבין החתימות הכימיות שאנו רואים כיום".
החוקרות לורה רמירס גלאנו (Laura Ramírez Galeano) וקורין שארבונל (Corinne Charbonnel) מאוניברסיטת ז'נבה מציינות כי "כבר היה ידוע שתגובות גרעיניות במרכזיהם של כוכבים מסיביים במיוחד מסוגלות לייצר את דפוסי השפע המתאימים. כעת יש בידינו מודל שמספק מסלול טבעי להיווצרות כוכבים אלה בתוך אשכולות כוכבים מסיביים".
תהליך זה מתרחש במהירות – בתוך פרק זמן של מיליון עד שני מיליון שנה – בטרם תתרחש התפוצצות סופרנובה כלשהי, ובכך מובטח כי הגז באשכול יישאר חופשי מזיהום של חומר סופרנובות.
חלון חדש אל היקום המוקדם ואל חורים שחורים
להשלכות התגלית יש היקף רחב הרבה מעבר לשביל החלב. מחברי המאמר מציעים כי הגלקסיות העשירות בחנקן שהתגלו באמצעות טלסקופ החלל ג'יימס ווב (James Webb Space Telescope, JWST) נשלטות ככל הנראה בידי אשכולות כדוריים עשירים בכוכבים מסיביים במיוחד, שנוצרו בשלבים המוקדמים של היווצרות גלקסיות.
"כוכבים מסיביים במיוחד עשויים היו למלא תפקיד מפתח בהיווצרותן של הגלקסיות הראשונות", מוסיף פאולו פדואן (Paolo Padoan) ממכללת דארטמות' (Dartmouth College) ומה־ICCUB–IEEC. "הלומינוזיות שלהם והייצור הכימי שלהם מספקים הסבר טבעי לפרו־גלקסיות מועשרות־חנקן שאנו צופים בהן כיום ביקום המוקדם באמצעות טלסקופ החלל ג'יימס ווב".
כוכבי־ענק עצומים אלה צפויים לסיים את חייהם בקריסה לחורים שחורים בעלי מסה בינונית (מעל פי 100 ממסת השמש), שניתן יהיה לזהותם באמצעות אותות של גלי כבידה.
המחקר מציע מסגרת מאחדת המחברת בין פיזיקת היווצרות הכוכבים, אבולוציית האשכולות והעשרה כימית. הוא מצביע על כך שכוכבים מסיביים במיוחד היו מנועי־מפתח של היווצרות הגלקסיות המוקדמות, תוך שהם מעשירים את האשכולות הכדוריים ומניחים את היסודות להיווצרותם של החורים השחורים הראשונים.
עוד בנושא באתר הידען:
