ייתכן שגלקסיות מחקות את אותות החומר האפל שאסטרונומים מחפשים

הדמיות של כ־15 אלף זרמי כוכבים מראות כי פערים, פיתולים וגושים שיוחסו למפגשים עם תת־הילות של חומר אפל יכולים להיווצר גם בשל השדה הכבידתי המורכב של הגלקסיה המארחת

גלקסיות יכולות ליצור רבים מאותם עיוותים בזרמי כוכבים שאסטרונומים הסתמכו עליהם כסימנים אפשריים לחומר אפל. הממצא אינו מבטל את האפשרות שחומר אפל משפיע על הזרמים, אך הוא מקשה להבחין בין טביעת האצבע שלו לבין השפעתה של הגלקסיה עצמה.

אסטרונומים מקווים זה זמן רב שפערים, עיקולים ושיבושים אחרים בפסים ארוכים של כוכבים סביב שביל החלב יוכלו לחשוף את ההשפעה הנסתרת של החומר האפל. אולם הדמיות חדשות מצביעות על כך שרבות מהתצורות האלה עשויות להיווצר גם ללא גושים קטנים של חומר אפל, רק בשל המבנה והשדה הכבידתי של הגלקסיה המארחת.

חוקרים מאוניברסיטת וושינגטון יצרו מודלים של כ־15 אלף זרמי כוכבים בארבע גלקסיות שגודלן דומה לזה של שביל החלב. מן ההדמיות הושמטו במכוון גושים קטנים של חומר אפל המכונים תת־הילות. לאחר חמישה מיליארד שנות הדמיה הופיעו חריגות כמעט בכל הזרמים, ורק כ־70 מהם נותרו חלקים לחלוטין.

״בהדמיות שלנו, הגלקסיות המארחות לבדן גרמו לחריגות מאותו הסוג שאנו רואים בזרמי כוכבים אמיתיים״, אמר המחבר הראשי ארפיט ארורה, חוקר בתר־דוקטורט באסטרונומיה באוניברסיטת וושינגטון. ״עכשיו, כשאנחנו יכולים לחזות מה הגלקסיה המארחת עושה בעצמה, אפשר להתחיל לבודד את החלק שעליו אחראי החומר האפל״.

המחקר פורסם בכתב העת The Astrophysical Journal.

גלקסיות יכולות לשבש זרמי כוכבים בעצמן

העיוותים נבעו מן המבנה של הגלקסיות. פיזור הכוכבים בכל דיסקה בהדמיה לא היה אחיד, ולכן נוצרו אזורים צפופים יותר ופחות, בדומה למצב בגלקסיה אמיתית. כאשר זרמי הכוכבים עברו דרך אזורים צפופים יותר, השדה הכבידתי הלא־אחיד עיקם ולעיתים אף קרע אותם.

ארורה ציפה שהגלקסיות ייצרו חריגות מסוימות, אבל לא רבות כל כך. ״גילינו שכמעט בכל הזרמים יש סוג כלשהו של שונות מבנית״, אמר. ״לכן הרעיון שזרמים הם באופן טבעי דקים וחלקים אינו בהכרח נכון״.

בהדמיות נוצרו נדנודים, פיתולים, שלוחות, הסתעפויות, פערים וגושים. חלק מהזרמים נקרעו לגמרי בשל השדה הכבידתי המורכב של הגלקסיה המארחת. זרמים שהקיפו את הגלקסיה קרוב יותר לליבתה נתקלו בתדירות גבוהה יותר באזורים צפופים וגושיים, ולכן פיתחו יותר חריגות.

ייתכן שיש מקור אחר לחריגות

התוצאה מסבכת את הניסיון להשתמש בזרמי כוכבים כדי לחקור את החומר האפל – חומר משוער שאינו מקיים אינטראקציה עם אור או עם חומר רגיל, מלבד באמצעות הכבידה.

״חומר אפל מהווה את רוב החומר ביקום ויוצר את הפיגומים שעליהם מתפתחות גלקסיות, אבל אנחנו עדיין לא יודעים מה טיבו״, אמרה החוקרת השותפה נורה שיפ, פרופסורית לאסטרונומיה באוניברסיטת וושינגטון. ״שביל החלב הוא אחת המעבדות הטובות ביותר שיש לנו כדי להבין זאת, וזרמי כוכבים הם אחד הכלים החדים ביותר בתוכה״.

רוב הכוכבים בשביל החלב נמצאים במישור שטוח יחסית, ואילו זרמי כוכבים נעים במסלולים אחרים סביב הגלקסיה. זרם כזה נוצר כאשר קבוצה של כוכבים נכנסת לתחום השפעתה של גלקסיה ונלכדת בכבידתה. במהלך ההקפה מותחת הגלקסיה את הקבוצה לנימה ארוכה ודקה. ברוב הגלקסיות יש זרמי כוכבים, אך אלה שסביב שביל החלב נגישים במיוחד לתצפיות מפורטות.

זרמי כוכבים רבים בגלקסיה שלנו מכילים פערים ופיתולים. אסטרונומים הציעו שחלק מן התצורות האלה נוצרו במפגשים עם תת־הילות של חומר אפל. אם כך, העיוותים עשויים לספק מידע על הרכב החומר האפל ועל התפלגותו. ההדמיות החדשות מראות כי לפני שמייחסים תצורה מסוימת לחומר אפל, יש להביא בחשבון תצורות דומות שיוצרת הגלקסיה המארחת עצמה.

החיפוש אחר טביעת אצבע ייחודית נמשך

ארורה מתכוון להוסיף להדמיות עתידיות גושים של חומר אפל ולבדוק אם הם יוצרים תבניות שאפשר להבדיל בינן לבין תבניות שיצרה הגלקסיה לבדה.

גם תצפיות חדשות עשויות לסייע בהבחנה. טלסקופ הסקר סימוני במצפה ורה סי׳ רובין צפוי לגלות זרמי כוכבים רבים נוספים בשביל החלב. התצפיות יוכלו לסייע לאסטרונומים למיין את התצורות בזרמים ולחפש חתימות שאפשר לקשור לחומר אפל בביטחון רב יותר.

״למרבה הצער אין מטה קסמים שיחשוף את מבנה החומר האפל״, אמר ג׳יימס דבנפורט, פרופסור מחקר לאסטרונומיה באוניברסיטת וושינגטון. ״זרמי כוכבים הם מערכות מורכבות, אבל הם עדיין אחת הדרכים המעניינות ביותר לחקור את החומר האפל קרוב לבית״.

שאלות ותשובות

מהו זרם כוכבים?

זוהי נימה ארוכה של כוכבים שנוצרה כאשר צביר או קבוצת כוכבים נלכדו בכבידתה של גלקסיה ונמתחו בהדרגה לאורך מסלולם.

מדוע זרמי כוכבים מעניינים חוקרי חומר אפל?

פערים, פיתולים וגושים בזרמים עשויים להיווצר בעקבות מפגשים עם תת־הילות בלתי נראות של חומר אפל, ולכן הם יכולים לשמש גלאים כבידתיים של מבנים שאי אפשר לראות ישירות.

מה הראו ההדמיות החדשות?

גם ללא תת־הילות קטנות של חומר אפל, המבנה והשדה הכבידתי של הגלקסיה המארחת יצרו חריגות כמעט בכל 15 אלף הזרמים שנבדקו. רק כ־70 זרמים נותרו חלקים לחלוטין.