סיקור מקיף

כוכבים נוצרים במהירות עצומה בגלקסיות טריות

בגלקסיות צעירות הכוכבים נוצרים תחילה במרכז ורק אחר כך מתפשטים הלאה ובעיקר גדלים באמצעות מיזוגים של גלקסיות

ערפילית אוריון. איזור יצירת הכוכבים שבה מייצר כוכבים בקצב דומה, לזה של גלקסיה ביקום המוקדם
ערפילית אוריון. איזור יצירת הכוכבים שבה מייצר כוכבים בקצב דומה, לזה של גלקסיה ביקום המוקדם

כאשר גלקסיות נולדות, האם הכוכבים שלהן נוצרים בכל מקום בבת אחת, או רק באיזור גרעין קטן? ממצאים של קבוצה בינלאומית בהובלת מדענים ממכון מקס פלנק לאסטרונומיה סיפקו אתהעדות המוקצה הראשונה לאיזורי יצירת כוכבים בגלקסיות שזה עתה נוצרו, ובאמת מדובר באיזורים קטנים – אך גם היפאראקטיביים המייצרים כוכבים בקצב גבוה במיוחד.

הגלקסיות, כולל שביל החלב שלנו, מכילות מאות מיליארדי כוכבים. כיצד מערכת גלקטית עצומה כזו מתהווה? האם האיזור המרכזי היה הראשון שבו הכוכבים בקעו? או שאולי הכוכבים נוצרו באותו זמן בכל רחבי הגלקסיה?

החוקרים בחנו את אחת מהגלקסיות הרחוקות ביותר המוכרות – קוואזר בשם J1148+5251. לאור מגלקסיה זו נדרשים 12.8 מיליארד שנים כדי להגיע לכדור הארץ. התצפיות האסטרונומיות מראות איפוא את הגלקסי הכפי שנראתה לפני 12.8 מיליארד שנה ובכך היא מספקת הצצה לשלב הראשון של ההתפתחות הגלקטית, פחות ממיליארד שנה לאחר המפץ הגדול.

באמצעות אינטרפורמטר IRAM – רדיו טלסקופ גרמני-צרפתי-ספרדי, החוקרים הצליחו להשיג תמונות מסוג יוצא דופן: הם תיעדו את הקרינה האינפרה אדומה הנפלטת מ- J1148+5251 בתדירויות ספציפיות הקשורות לאטומי פחמן מיוננים, המהווים סמן אמין לתהליך יצירת הכוכבים.

התצלומים נתנו פרטים שמאפשרים, לראשונה, למדוד את גודל איזור יצירת הכוכבים המוקדם. באמצעות מידע זה, החוקרים הצליחו להגיע למסקנה כי באותו המזן, הכוכבים נוצרו באיזור הגלעין של J1148+5251 בקצב אדיר – מהיר יותר מכל תהליך יצירת כוכבים, וכמעט כזה המתנגש בחוקי הפיסיקה.

"קצב יצירת הכוכבים בגלקסיה זו מדהים" אמר החוקר המוביל במאמר, פאביאן וולטר ממכון מקס פלנק לאסטרונומיה. "בכל שנה, מרכז הגלקסיה הזו מייצר כוכבים בעלי מסה מצרפית גדולה יותר מאלף שמשות". בניגוד לכך,קצב יצירת הכוכבים בגלקסיה שלנו, שביל החל בהוא כמסת שמש אחת לשנה.

מזה זמן ידוע כי גלקסיות צעירות יכולות לייצר כמות אדירה של כוכבים חדשים, אך הפעילות הכוללת היא רק חלק אחד מהתמונה. בלא לדעת את גודלו של איזור יצירת הכוכבים, קשה להשוות את תהליך יצירת הכוכבים בגלקסיות המוקדמות עם המודלים התיאורטיים או עם אזורי יצירת כוכבים בגלקסיה שלנו.

עם קוטר של כ-4,000 שנות אור (לשם השוואה קוטרה של שביל החלב 100 אלף שנות אור), תהליך יצירת הכוכבים בגלעינה של הגלקסיה J1148+5251 הוא פרדוקטיבי מאוד. למעשה, הוא קרוב לגבולות שמציבים חוקי הטבע. כוכבים נוצרים כאשר עננים קוסמיים של גז ואבק קורסים תחת הכבידה שלהם. כאשר ענן כזה קורס, הטמפרטורה עולה, ולחצים פנימיים מתחילים להיבנות. כאשר הלחץ הגיע לרמות מסוימות, כל השאר הקריסה נעצרת, וכוכבים נוספים לא יכולים להיווצר. התוצאה היא גבול עליון לכמות הכוכבים שיכולים להיווצר בנפח חלל נתון בתקופת זמן נתונה.

באופן מרשים, גלעין יצירת הכוכבים של J1148+5251 מגיע לגבול האבסולוטי הזה. רמת פעילות כזו נמצאת במספר איזורים בגלקסיה שלנו, אך רק בקנה מידה קטן יותר. לדוגמה, ישנו איזור בתוך ערפילית אוריון הפעיל בקצב דומה. מסביר וולטר: "ואולם ב- J1148+5251 אנו דנים בנפח מצרפי של מאות מיליוני איזורים כאלה. תצפיות קודמות של גלקסיות אחרות בנות אותו גיל גרמו למדענים להעריך את הקצב העליון האפשרי בעשירית מהקצב של J1148+5251.

האיזור הקומפקטי של יצירת הכוכבים ב- J1148+5251 מספק נתונים לחוקרים שבונים מודלים של גלקסיות צעירות. לפי דוגמה זו, גלקסיות צומחות מבפנים. בשלב מוקדם של יצירת הכוכבים ישנו איזור ליבה שבו נוצרים הכוכבים במקביל. ההנחה היא שאיזורים אלה גדלים במהלך הזמן, בעיקר כתוצאה מהתנגשויות ומיזוגים בין גלקסיות, והתוצאה היא הגלקסיות המלאות והגדולות של ימינו.

הבעיה התצפית היתה שבמרחק של 13 מיליארד שנות אור, איזור יצירת כוכבים בקוטר של 4,000 שנות אור הוא בעל קוטר זוויתי של 0.27 שניות מעלה – כמו מטבע של יורו אחד ממרחק 18 קילומטרים. אורך הגל האופיני לאטומי פחמן מיוננים בוהק יותר מאשר כל שאר הגלקסיה. בשל התפשטות היקום, הוא הוסט לעבר גלי אור ארוכים יותר כשהוא עושה את דרכו לכדור הארץ. (הסטה לאדום), ולפיכך הוא מגיע בצורת גלי רדיו בעלי אורך גל של מילימטר אחד. ואולם בשל כך גם קשה להפריד פרטים עדינים באורך גל של מילימטר אחד בהשוואה לאור הנראה. התצפיות בתחום זה התאפשרו רק ב-2006, הודות לשידרוג באינטרפרומטר IRAM- טלסקופ רדיו על מישור דה-בור באלפים הצרפתיים. בעתיד צפוי להצטרף אליו הטלסקופ ALMA הנבנה כיום בצפון צ'ילה.

ומסכם וולטר: "השלב הראשון של ההתפתחות הגלקטית, כמיליארד שנה לאחר המפץ הגדול, יהיה תחום מחקר גדול בשנים הקרובות .המדידות שלנו פותחות חלון חדש לאיזורי יצירת כוכבים בגלקסיות הצעירות מאוד."

להודעה של החוקרים

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

15 תגובות

  1. יטבת:
    אני חוזר ואומר – הטעם היחיד בשלב זה הוא הבנת המציאות.
    לי זה נראה טעם מספיק חשוב בפני עצמו אבל גם אם מישהו רוצה תועלת יותר מוחשית כדאי שתדעי שגם כשגילו את האלקטרון לא חשבו שיהיה לו שימוש כלשהו.
    רק כשמגלים משהו אפשר להתחיל לחשוב מה לעשות אתו.

  2. לא, אני מתכוונת שהאם יש טעם בכלל לחפש אחריו? איזו מין תועלת הוא יוכל להביא לאנושות? לקידומה?

  3. יטבת:
    שאלתך אמנם לא נוגעת ישירות לדיון אבל היא בסך הכל מקרה פרטי של השאלה "במה הבנת המציאות וידיעת העובדות הנכונות עוזרת לאנושות?".
    האם עדיין יש שאלה?
    אגב – כמובן שהוכחת קיומו של החומר האפל היא רק אחד מן הכיוונים בהם יכול המדע להתקדם כאשר כוון אחר הוא מציאת הסבר שייתר את החומר האפל.
    בכל מקרה – מה שמנסים לעשות זה להבין מה קורה.

  4. שאלה: במה תעזור לאנושות הוכחת קיומו של החומר האפל? (מלבד מנועי חומר אפל)

  5. חבר'ה, יש לי שאלה, אמנם לא כל כך קשורה לכתבה:
    בכל התמונות האמיתיות של החלל, לדוגמא
    http://en.wikipedia.org/wiki/File:Pleiades_large.jpg

    ניתן לראות שיש + (פלוס) שכזה על הכוכב, ואותו פלוס נמצא בתוך עיגול של הילה.
    למה זה?

    ושאלה אחרת שיש לי בקשר לאופטיקה כבר כמה זמן:
    שמתם לב שכשעושים על האש, אז האור שעובר מעל המנגל מרצד.
    לפי ההסבר הכי פשוט שחשבתי עליו, ייתכן שהאוויר החם שמעל המנגל הוא בעל מקדם שבירה שונה במקצת מאוויר פושר, ולכן כך תיתכן שבירה והסטה של קרני האור מעל המנגל.

    תודה מראש

  6. עמי:
    אין אנלוגיה טובה בין אותות חשמליים לבין קרינה אלקטרומגנטית בכלל ואור בפרט וזאת מפני שהאותות שבהם מדובר מכילים אינפורמציה שקודדה עליהם בשעה שהתדר הוא רק תדר.
    האינפורמציה יכולה ללכת לאיבוד בדרכים רבות – אם כתוצאה מאיכות המוליך (כאשר היא עוברת דרך מוליך וניתזת מדופנותיו מתאבכת עם עצמה ומאבדת את "חדות" האות – זה מה שקורה בסיבים אופטיים) ואם כתוצאה מהפרעות זמניות.
    כאשר אנו מנסים לזהות תדר של אור המגיע ממרחק עומד לרשותנו כל הזמן שבעולם ואם יש הפרעה ברגע נתון אפשר לחכות לרגע הבא.
    מכיוון שאין צורך לחפש אינפורמציה אין צורך לדאוג גם בגלל שינויים זמניים בעוצמת האות – כל עוד האות מגיע – דיינו.

  7. תודה מיכאל ר.
    יש לי עוד שאלה: אנחנו יודעים, למשל מתחום החשמל, שאותות דועכים ומשנים צורה כפונקציה של המרחק שלהם המהקלט. בדיוק בשביל זה כל כמה ק"מ ישנם תחנות הגברה שמשיבות את האות שהתעוות לצורתו המקורית.
    א. האם אין אנלוגיה כלל בין אותות חשמליים לאותות הקרינה של חומרים
    ב. אם כן יש:
    ב1. האם אנחנו יודעים איך אות משתנה כפונקציה של מרחק/זמן?
    ב2. איך אנחנו יודעים זאת?

    בתודה מראש על תשובתך,
    עמי בכר

  8. עמי:
    המרחק משפיע על עצמת האות אבל לא על התדר שלו ולכן – כל עוד קולטים אותו – אין כל בעיה לדעת מה התדר שלו.
    ניתוח הספקטרום מתחשב בהטייה לאדום ואינו ממש תלוי בה כיוון שכל חומר פולט קרינה במספר תדרים והמרחקים ביניהם הם אלה שמשמשים לזיהויו. מרחקים אלה נשמרים תחת אפקט דופלר (יותר מכך – לאחר שזוהה החומר על פי המרווחים בין התדרים – ניתן לחשב את מהירות התרחקותו מאתנו על פי היסט דופלר בין התדר הנקלט לתדר המקורי שהחומר פולט).

  9. אין בעייתיות מסויימת בקליטת גלים כל כך ארוכים (1ממ) מבעד לאטמוספרה?
    אין בעייתיות בחישוב ההטיה לאדום, שהרי קצב התפשטות היקום לא לחלוטין ברור?
    ולבסוף, מדוע דווקא פחמן? אני מבין את עניין הנוחות, אבל פחמן הוא רמה מאוד גבוהה של דחיסות. עיקר החומר הוא מימן ואולי הליום. מה אנחנו יודעים על המיסוך או הסופרפוזיציות שבין פחמן ומימן במרחקים כאלה? (כן, יצא לי מבולגן ולא ברור, אני יודע… נהיר שאינני מבין דבר וחצי דבר בתחום הזה, אבל בכל זאת – השאלה עדיין קיימת. איך ממרחק כה רב שמצריך רזולוציות כל כך עדינות – מטבע של יורו ממרחק 18 ק"מ – ניתן להפריד בצורה עדינה כל כך גלים נדירים של פחמן כנגד שטף עיקר הגלים של המימן למשל וכל שאר האיזוטופים עד פחמן?)

    בברכת חברים,
    עמי בכר

  10. א מ:
    זה דווקא כתוב ואני מצטט:
    "בכל שנה, מרכז הגלקסיה הזו מייצר כוכבים בעלי מסה מצרפית גדולה יותר מאלף שמשות"

  11. אז מה הקצב?
    לא הצלחתי להבין מהו אותו קצב יצירה מדהים במונחים של מסהזמן
    או כוכבים לזמן מסויים

  12. גם ההגיון הפיסיקלי אומר שכך מתנהלים דברים:בתחילה ישנה תאוצה מוגברת במרחקים הקצרים וככל שמתרחקים ישנה האטה.:),,מן הסתם,,
    גם אלוהים היה פעם טרי רענן ו'סופר-זריז' -בר כוחות על ,,אחר כך התרחק,,הזדקן,,ואיבד את השפעתו על העולם,,:)
    ו,,'הדרת פני זקן',,

  13. אתה צודק, גם אלוהים עשה את זה בימים בודדים (:
    באותה צורה, בונים בניין בשנה וחיים בו חמישים שנה ויותר עד שהורסים אותו

  14. "כוכבים נוצרים במהירות עצומה בגלקסיות טריות",,מן הסתם, גם כל התאים בטבע נוצרים כך,,

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

לוגו אתר הידען
דילוג לתוכן