בתצלומים עמוקים של טלסקופ החלל האבל זוהה בגלקסיה דיפוזית במיוחד, המרוחקת כ־115 מיליון שנות אור, מבנה צר שאורכו כ־6,500 שנות אור. מודלים של מסלולו מצביעים על הילה מסיבית של חומר אפל ופותחים דרך חדשה למיפוי החומר הבלתי נראה בגלקסיות אחרות
אסטרונומים מצאו ראיות לזרם הכוכבים הראשון הידוע שמקורו בצביר כדורי מחוץ לשביל החלב. המבנה הדקיק והחיוור זוהה בגלקסיה UGC 9050-Dw1, במרחק של כ־35.2 מיליון פרסק – כ־115 מיליון שנות אור מכדור הארץ.
זרמי כוכבים נוצרים כאשר כוח הכבידה של גלקסיה מושך בהדרגה כוכבים ממערכת קטנה יותר המקיפה אותה. הכוכבים שנקרעו אינם מתפזרים מיד, אלא נמתחים לאורך המסלול ויוצרים מעין סרט צר של אור, היכול להתקיים מיליארדי שנים.
זרמים כאלה מוכרים היטב בשביל החלב, שם הם משמשים את האסטרונומים לבחינת שדה הכבידה של הגלקסיה ולחיפוש אחר ריכוזים בלתי נראים של חומר אפל. עד כה, לעומת זאת, לא אושר זרם חוץ־גלקטי שמקורו בצביר כדורי.
המחקר, שפורסם בכתב העת Nature, מציג את המבנה כראיה הראשונה לכך שאפשר לא רק לזהות זרמים כאלה בגלקסיות אחרות, אלא גם להשתמש בצורתם כדי לחקור את התפלגות החומר האפל הרחק משביל החלב.
“גילינו זרם כוכבים מצביר כדורי בגלקסיה אחרת”, אמרה ג’ולי קיל הולם, דוקטורנטית במכון נילס בוהר באוניברסיטת קופנהגן והמחברת הראשית של המחקר. “זו הפעם הראשונה שבה נצפה זרם כזה מחוץ לגלקסיית שביל החלב”.
גלקסיה גדולה למראה אך דלילה בכוכבים
UGC 9050-Dw1 שייכת לקבוצת הגלקסיות הדיפוזיות במיוחד – ultra-diffuse galaxies, או בקיצור UDGs. אלה גלקסיות שמסת הכוכבים שלהן דומה לזו של גלקסיות ננסיות, אך ממדיהן עשויים להתקרב לממדיה של גלקסיה גדולה. הכוכבים מפוזרים בהן על פני שטח רחב, ולכן בהירות פני השטח שלהן נמוכה מאוד.
השילוב הזה הופך אותן לחיוורות וקשות לצפייה, אך גם למסקרנות במיוחד. בחלק מן הגלקסיות הדיפוזיות התגלו כמויות גדולות של חומר אפל, ואילו באחרות התקבלו הערכות נמוכות במפתיע. מדידת מהירויות הכוכבים או סיבוב הגלקסיה – שיטות מקובלות להערכת מסה – קשה במיוחד כאשר האור חלש כל כך.
הזרם החדש עשוי לספק שיטה חלופית.
החוקרים בחנו תצלומים עמוקים שצולמו באמצעות המצלמה המתקדמת לסקרים של טלסקופ החלל האבל. המבנה הופיע גם בנתונים מטלסקופ קנדה–צרפת–הוואי, ולכן החוקרים קבעו שלא מדובר בפגם במצלמה או בתוצר מלאכותי של עיבוד התמונה.
הם העניקו לזרם את השם אויאשיו (Oyashio), על שם זרם האוקיינוס הקר בצפון האוקיינוס השקט.
אורך של אלפי שנות אור ורוחב של מאות בלבד
החלק הנראה של אויאשיו משתרע לאורך של כשני קילופרסק – כ־6,500 שנות אור – אך רוחבו כ־72 פרסק בלבד, או כ־235 שנות אור. הוא ממוקם במרחק מוקרן של כ־2.5 קילופרסק ממרכז הגלקסיה.
בקצה המבנה נמצא מקור אור קומפקטי שהחוקרים מזהים כמועמד לצביר הכדורי שממנו נקרעו הכוכבים. צבעו של המקור דומה לצבע הזרם ולצבעיהם של צבירים כדוריים אחרים בגלקסיה, כצפוי אם הכוכבים בזרם ובצביר נוצרו באותה אוכלוסייה כוכבית.
גם רוחבו של אויאשיו תומך בהסבר הזה. זרמים שמקורם בגלקסיות ננסיות נוטים להיות רחבים יותר, מפני שהמערכת שממנה נקרעו הכוכבים גדולה ומסיבית יותר. זרם צר כל כך מתאים יותר להתפרקותו ההדרגתית של צביר כדורי.
החוקרים ערכו הדמיות של אוכלוסיות כוכבים ושל תנועת צבירים בתוך שדה הכבידה של הגלקסיה. המודלים הצליחו לשחזר את בהירותו, רוחבו ועקמומיותו של המבנה הנצפה כאשר הניחו שמקורו בצביר שמסתו ההתחלתית הייתה לכל היותר כ־2.5 מיליון מסות שמש.
כיצד זרם כוכבים ממפה חומר אפל
חומר אפל אינו פולט אור ואינו קולט או מחזיר קרינה אלקטרומגנטית, ולכן אי אפשר לצלם אותו ישירות. נוכחותו נלמדת מן הכבידה שהוא מפעיל על כוכבים, גז ואור.
זרם כוכבים פועל כמעין קו המתאר את שדה הכבידה שבו נעו הכוכבים. המסלול, העקמומיות, הרוחב ופיזור הכוכבים לאורך הזרם מושפעים מהמסה הכוללת של הגלקסיה ומהאופן שבו היא מחולקת.
החוקרים השתמשו בשיטה חישובית המתאימה מודלים דינמיים ישירות לצורת הזרם. המודלים הצביעו על כך ש־UGC 9050-Dw1 שוכנת בתוך הילה מסיבית של חומר אפל, שמסתה הכוללת היא בסדר גודל של מאות מיליארדי מסות שמש. התוצאה תואמת, בתוך תחום אי־הוודאות הרחב, הערכות קודמות שהתבססו על מספר הצבירים הכדוריים בגלקסיה.
“אנחנו מראים שכלי מבוסס היטב מחקר שביל החלב יכול לשמש להבנת גלקסיות אחרות, שבהן היה קשה מאוד למדוד את התפלגות החומר האפל”, אמרה הולם.
המדידה אינה מגלה מאילו חלקיקים עשוי החומר האפל. חשיבותה היא בפתיחת אפשרות לבדוק את פיזורו ואת המבנה הפנימי של ההילה בגלקסיות מסוגים שונים.
פגיעות כבידתיות שמותירות צלקות בזרם
על פי המודל המקובל של חומר אפל קר, הילות גדולות אמורות להכיל תת־הילות רבות של חומר אפל, שחלקן קטנות מכדי ליצור כוכבים. אי אפשר לצפות בתת־הילות חשוכות כאלה ישירות, אך מעבר שלהן סמוך לזרם כוכבים עשוי ליצור בו פערים, בליטות או שינויי צפיפות.
בשביל החלב קשה לעיתים לקבוע אם עיוות כזה נגרם מתת־הילה של חומר אפל או מעצם רגיל, כגון צביר כוכבים, ענן גז או המבנה של דיסקת הגלקסיה. בגלקסיות דיפוזיות במיוחד יש פחות חומר רגיל ופחות מבנים בהירים העלולים להפריע לזרם. משום כך הן עשויות לספק מעבדה נקייה יחסית לבדיקת תחזיות על תת־המבנה של החומר האפל.
“המידע שהצלחנו לקבל עד כה מזרמי כוכבים מצבירי כדוריים היה מוגבל לגלקסיה אחת – הגלקסיה שלנו”, אמרה הולם. “היכולת לצפות בזרמים בגלקסיות מסוגים שונים פותחת את הדרך להבנה רחבה יותר של התנהגות החומר האפל”.
עדיין מועמד, לא אישור סופי
למרות הכותרת ההיסטורית, החוקרים נוקטים לשון זהירה ומגדירים את אויאשיו מועמד לזרם כוכבים. צבעו, רוחבו, צורתו, מיקומו והקשר האפשרי לצביר כדורי תומכים בפרשנות הזאת, וגם המודלים הדינמיים מצליחים לשחזר אותו.
החוקרים בחנו גם הסברים חלופיים, ובהם קשת שנוצרה בעידוש כבידתי, מעטפת כוכבים מהתנגשות קודמת, אזור אבק או זרם רחב יותר שמקורו בגלקסיה ננסית. לדבריהם, אף אחד מן ההסברים אינו מתאים לנתונים כמו האפשרות של זרם מצביר כדורי.
עם זאת, יישור מקרי של כוכבים לאורך קו הראייה עדיין אינו ניתן לשלילה מוחלטת. תצפיות עמוקות יותר של האבל או טלסקופ החלל ג’יימס וב, וכן מדידות ספקטרוסקופיות של הכוכבים בזרם ובצביר המשוער, יוכלו לחזק או להפריך את הזיהוי.
הטלסקופים אוקלידס וננסי גרייס רומן, שנועדו לסקור שטחים רחבים של השמים ברגישות גבוהה למבנים חיוורים, עשויים לחשוף בעתיד זרמים רבים נוספים. אם יתגלו זרמים כאלה במגוון גלקסיות, יהיה אפשר להשוות באמצעותם הילות של חומר אפל בתנאים שונים ולבדוק עד כמה תחזיות המודלים מתאימות ליקום הנצפה.
שאלות ותשובות
מהו זרם כוכבים מצביר כדורי?
זהו מבנה ארוך וצר של כוכבים שנקרעו בהדרגה מצביר כדורי עקב כוחות הגאות של הגלקסיה שאותה הוא מקיף. הכוכבים ממשיכים לנוע במסלול דומה לזה של הצביר ויוצרים זרועות לפניו ומאחוריו.
מהו החידוש במחקר?
זרמי כוכבים גדולים מוכרים גם מחוץ לשביל החלב, אך עד כה לא אושר מחוץ לגלקסיה שלנו זרם צר שמקורו בצביר כדורי. המחקר מציג את הראיות הראשונות למבנה כזה ומשתמש בו למדידת הילת החומר האפל של גלקסיה אחרת.
כיצד אפשר לחקור חומר אפל באמצעות זרם כוכבים?
הכבידה של החומר האפל משפיעה על מסלול הכוכבים, על עקמומיות הזרם, על רוחבו ועל צפיפותו. השוואת המבנה הנצפה להדמיות מאפשרת להעריך את מסת ההילה ואת פיזור המסה בתוכה.
האם הגילוי ודאי?
עדיין לא לחלוטין. הנתונים והמודלים תומכים מאוד במקור של צביר כדורי, אך החוקרים מגדירים את המבנה מועמד ומציינים כי דרושות תצפיות עמוקות וספקטרוסקופיה כדי לאשר את הזיהוי.
מקור/מאמר מקורי: Evidence for the first globular cluster stellar stream beyond the Milky Way – Nature
הודעת המחקר: Breakthrough in unusual galaxy may help unravel the mystery of dark matter – University of Copenhagen
עוד בנושא באתר הידען:
החומר האפל פותר את תעלומת זרמי הכוכבים של שביל החלב
“גלקסיית רפאים” המורכבת מ־99% חומר אפל התגלתה במרחק של 300 מיליון שנות אור
כך נולדים צבירים כדוריים – ואולי גם סוג חדש של מערכות כוכבים
האם הזוהר המסתורי במרכז שביל החלב נובע בכל זאת מחומר אפל?
הסתכלו מסביב – כוחות הגאות פתרו את תעלומת החומר האפל בגלקסיה המרוחקת
למאמר המדעי: פתיחת המאמר המדעי
