מדוע גלקסיות סמוכות בורחות מאיתנו: מדענים פתרו לבסוף תעלומה בת חמישים שנה

צוות בין־לאומי בנה “תאומה וירטואלית” של סביבת שביל החלב ואנדרומדה ומצאו שהתפלגות מסה פחוסה, עם חללים גדולים מעל ומתחת, מאזנת את הכבידה ומיישבת תעלומה שנידונה מאז ימי אדווין האבל

מהדמיות חדשות עולה שחומר ממש מעבר לקבוצה המקומית מסודר במבנה עצום ופחוס, עם אזורים ריקים גדולים מעליו ומתחתיו. הגאומטריה הנסתרת הזאת עוזרת להסביר מדוע גלקסיות סמוכות נעות כפי שהן נעות, למרות הכבידה החזקה של שביל החלב ואנדרומדה.

אסטרונומים שהשתמשו בהדמיות מחשב מתקדמות גילו שרוב החומר בקבוצה המקומית של גלקסיות, הכוללת את שביל החלב ואנדרומדה, מסודר במבנה עצום ופחוס ולא מפוזר באופן שווה בכל הכיוונים. אזורים גדולים עם מעט מאוד חומר נמצאים מעל ומתחת למישור הזה. החוקרים מצא שההתפלגות ה"שטוחה" הזאת היא הדרך היחידה להסביר במדויק את המסה המשולבת של שביל החלב ואנדרומדה וגם את התנועות הבלתי צפויות של גלקסיות סמוכות.

לפני קרוב למאה שנים, האסטרונום אדווין האבל הראה שרוב הגלקסיות מתרחקות משביל החלב, תצפית חשובה שעזרה לבסס את הרעיון שהיקום מתפשט והתחיל במפץ הגדול. כבר אז, אסטרונומים הבחינו ביוצאות מהכלל חשובות. גלקסיית אנדרומדה, לדוגמה, נעה אל שביל החלב במהירות של כ-100 ק"מ בשנייה.

עשרות שנים המדענים התקשו להסביר מדוע רוב הגלקסיות ליד שביל החלב, פרט לאנדרומדה, נראה שהן נסוגות ולא מושפעות מכוח הכבידה של הקבוצה המקומית (שביל החלב, אנדרומדה ועשרות גלקסיות קטנות יותר).

ההדמיות החדשות מציעות פתרון לתעלומה הוותיקה הזאת. צוות החוקרים הבינ"ל בראשות אווד וומפה מצא שחומר שנמצא ממש מעבר לקבוצה המקומית, כולל החומר האפל שמסביבה, יוצר יריעה רחבה ושטוחה שמשתרעת לאורך עשרות מיליוני שנות אור. אזורים עצומים ריקים נמצאים מעל ומתחת למבנה הזה. כשכוללים את התצורה הזאת, ההדמיות מתאימות מאוד למיקומים והמהירויות הנצפים של גלקסיות סמוכות, ומספקות הסבר קוהרנטי לתנועתן.

"תאומה וירטואלית" של הקבוצה המקומית

האלגוריתם התחיל מאזורים ביקום המוקדם, עם התפלגות מסה המבוססת על תצפיות של קרינת הרקע הקוסמית. באמצעות מחשב חזק, המודל התפתח לאחר מכן לשחזור המאפיינים הנוכחיים של הקבוצה המקומית, עם המסה, המיקום והמהירות של שביל החלב ואנדרומדה, והמיקומים והמהירויות של 31 גלקסיות שנמצאות ממש מחוץ לקבוצה המקומית. התוצאה הייתה יצירת הדמיות שיכולות להיחשב "תאומות וירטואליות" של הסביבה הקוסמית שלנו.

בתוצאת המחשב עם התפלגות המסה השטוחה, המהירות של 31 הגלקסיות שמסביב דומה למהירות הנצפית. הגלקסיות מתרחקות מאיתנו, למרות המסה של הקבוצה המקומית. ההסבר הוא שבגלקסיות הסמוכות בתוך המישור, כוח הכבידה של הקבוצה המקומית מתאזן על ידי המסה שבהמשך המישור. ומחוץ למישור, שם היינו מצפים שהחומר ינוע אלינו, אין גלקסיות.

לדברי החוקר הראשי אווד וומפה, זאת ההערכה הראשונה של ההתפלגות והמהירות של חומר אפל באזור שמסביב לשביל החלב ואנדרומדה.

"אנו חוקרים את כל התצורות המקומיות האפשרויות של היקום המוקדם שהיו יכולות בסופו של דבר להוביל לקבוצה המקומית. נהדר שיש לנו עכשיו מודל שמתאים למודל הקוסמולוגי הנוכחי מצד אחד, ועם הדינמיקות של הסביבה המקומית שלנו מהצד השני.

למאמר המדעי

• צביר גלקסיות בראשית היקום: ווב וצ’נדרה מצאו גז חם מוקדם מהצפוי
• בראשית היה ריק – כיצד נוצר היקום שלנו? – חלק ג'
• חקירת המפץ הגדול ומשמעויותיו הדתיות
• ריקוד המיזוג של הגלקסיות
• הסוף הקר של היקום