המודל אומץ באופן נרחב ע"י הקהילה המדעית
המודל המקובל על חוקרי קוסמולוגיה (חקר היקום) מציע כי גלקסיות נוצרו על ידי נפילה של גז, בעיקר מימן והליום, בהשפעת כוח המשיכה אל תוך מרכזי ההילות הגלקטיות. עד לאחרונה, ההנחה היתה שכאשר הגז חודר אל תוך ההילה, הוא עובר דרך "גל הלם" שגורם לו להתחמם עד לטמפרטורות של מיליוני מעלות (כמיליון מעלות בגלקסית שביל החלב). לאחר מכן מתחיל תהליך התקררות באמצעות פליטת קרינה, שגורם לגז המקורר ליפול פנימה בהשפעת כוח המשיכה למרכז ההילה ולהתנקז בדיסקית. בדיסקית נוצרים מתוך הגז כוכבים מאירים, ונוצרת גלקסיה.
מתצפיות אסטרונומיות שבוצעו בידי טלסקופ קרקעי בשם SDSS (Sloan Digital Sky Survey) הסורק את השמים מדי לילה וגיבש במשך מספר שנים סטטיסטיקה אדירה אודות תכונותיהן של הגלקסיות כגון צבען, גודלן ועוד, עולה כי גלקסיות הדסקית הגדולות ביותר הן בעלות מסה של כמאה מיליארד (910*100 או 10 בחזקת 11) שמשות. גלקסיות קטנות יותר צוברות גז וגדלות ביעילות רבה אך גדילתן נפסקת באופן פתאומי כשההילה שבתוכה הן גדלות עוברת מסה של טרליון (1210) שמשות. החוקרים התקשו להסביר מדוע המעבר מגז שמתקרר לגז שאינו מתקרר קורה באופן פתאומי כל כך כאשר מסת ההילה עוברת את הסף של טריליון מסות שמש.
הקוסמולוג ד"ר יובל בירנבוים מצא פתרון לבעיה זו במסגרת הדוקטורט שכתב בהנחייתו של פרופ' אבישי דקל מהמכון לפיסיקה באוניברסיטה העברית בירושלים. על פי המודל החדש, המפתח להיווצרות יעילה של גלקסיה הוא העדר "גל הלם" יציב בשפת ההילה הגלקטית כאשר מסת ההילה קטנה מטריליון שמשות. בהילות כאלה הגז חודר אל תוך ההילה ללא הפרעה וזורם במהירות בעודו קר אל המרכז. לעומת זאת, בהילות מסיביות העולות על מסות של טריליון שמשות, נוצר "גל הלם" יציב שמונע את הנפילה החופשית של הגז פנימה.
ד"ר בירנבוים ופרופ' דקל גיבשו את מסקנותיהם באמצעות חישובים תיאורטיים ותוך שימוש בהדמיות מחשב מתקדמות של היווצרות גלקסיות ביקום. המודל החדש הפך להסבר המקובל להיווצרותן של גלקסיות בעלות צורת דסקית ומסה מקסימלית של טריליון שמשות וכאבן יסוד בהבנה של היווצרות הגלקסיות מסוגים שונים ביקום.
בתשובה לשאלת אתר הידען כיצד מגלים בכלל את המסה האפלה, אמר בירנבוים: "מסה אפלה נמדדת בעזרת השפעתה על המסלולים של המסה הנראית בגלקסיה (“rotation curves”). הגז והכוכבים נעים בכח משיכה שנוצר ע"י מסה הגדולה בהרבה ממסה נראית. כדי למדוד מסה אפילה בצבירי גלקסיות (הילות גדולות פי מאה המכילות עשרות גלקסיות) ניתן להשתמש גם בעדשות גרויטציוניות.
האם למסה האפילה יש קשר כלשהו לצורת הגלקסיות (אליפטית או ספיראלית)?
ד"ר בירנבוים: "יש קשר בין גודל גלקסיה לצורתה. גלקסיות גדולות נוטות להיות "אליפטיות" וקטנות "ספיראליות". הגלקסיות הספיראליות מכילות גז קר. כיוון שאין לו מספיק לחץ (עובדה שהוא קר) הוא היה קורס לנקודה בודדת אלמלא היה נעצר ע"י התנע הזוויתי שלו. כיוון שהוא מסתובב, הוא מרגיש כוח צנטריפוגלי שמונע ממנו ליפול בניצב לציר הסיבוב. בכיוון המקביל לציר הסיבוב שום דבר לא מונע ממנו ליפול ולכן הדיסקה דקה מאוד, ומכאן מראה הגלקסיות הספיראליות נראות כמו חביתה שטוחה. לעומתן, גלקסיות אליפטיות נוצרות מהתנגשות בין גלקסיות קטנות יותר, שהתרחשו לאחר שנוצרו הכוכבים. בשל כך יש לגלקסיות האליפטיות צורה יותר כדורית והן אינן שטוחות (כוכבים אינם זורמים לפי לחץ וניתן להתייחס אליהם כמסה נקודתית, ולכן אינם יכולים להתקרר וליפול למרכז הגלקסיה כמו גז). הדינאמיקה של הגלקסיות קשורה למסה אפלה גם דרך מהירות הסיבוב של הדיסקה (“rotation curve”) וגם משיקולי יציבות: הדיסקה היתה מתפרקת לגושים (fragmentation) אם היא לא היתה שרוייה במסה אפלה שמייצבת אותה.
האם יש הבדל בין סוגי הגלקסיות הללו בתכונות נוספות מלבד העובי?
בירנבוים: "יש מתאם בין גלקסיות צעירות שמתרחשת בהן פעילות נרחבת של יצירת כוכבים חדשים וצורה ספיראלית. מהצד השני יש גם מתאם בין גלקסיות המכילות אך ורק כוכבים זקנים ואשר לא נולדים בהם כוכבים חדשים ובין צורה אליפטית. יש מעבר מאוד חד בין אוכלוסיה אחת לאוכלוסיה השנייה, וכמעט אין צורות ביניים, כפי שניתן היה לשער שיתקיימו אילו המעבר היה הדרגתי.התצפית של סורק השמים הדיגיטלי סלואן, הראו מתאם בין גודל הגלקסיות והצבע שלהם, וכן המחישו כי ישנו הרבה גלקסיות כחולות קטנות, הרבה גלקסיות אדומות גדולות וכמעט אין באמצע.
והמנגנון שלכם מנסה להסביר מדוע אין צורות ביניים גלקטיות?
בירנבוים: כדי לקבל שתי אוכלוסיות שהן מופרדות באופן כל כך חד אחת מהשנייה נדרשת קיומה של תופעה קריטית. אנחנו הצענו הסבר תיאורטי לסוגית המעבר הכל כך חד. לפי ההסבר שלנו, שכאמור התקבל בשלב זה כהסבר התקני, כאשר הגלקסיות נמצאות בתוך הילות שמסתן פחות מ-10 בחזקת 12 מסות שמש, הגז שנופל מתוך ההילה לתוך הגלקסיה נופל בלי הפרעה וגורם הן ליצירת הכוכבים והן לצורה הספיראלית של הגלקסיה. כל ההילות המכילות גז נראה וחומר אפל גדלות כל הזמן משום שכל העצמים הגדולים ביקום סופחים כל הזמן חומר אפל וגז, הן מהגז הבינגלקטי הדליל הפזור ביקום והן באמצעות בליעת גקלסיות אחרות, ומסתם גדלה. מרגע שמסת ההילה עוברת את הסף בבת אחת נוצר גל הלם במרכז הגלקסיה שמתקדם החוצה מאוד מהר והופך את כל הילת הגלקסיה להלומה. מעתה ואילך הגז שבתוך הגלקסיה לא מתקרר יותר, ואיננו מייצר כוכבים ולכן הגלקסיה משנה את צבעה לאדום באורח חד ומהיר.