מדובר במרחק של כ-400 מיליון שנות אור יותר מהצבירים המרוחקים ביותר שהיו ידועים עד כה * העובדה שהצביר מכיל גלקסיות בוגרות משמעותה שהגלקסיות הללו נוצרו סמוך לראשית היקום
צוות בינלאומי של אסטרונומים ממכון מקס פלאנק לפיזיקה של היקום מחוץ לכדור הארץ, אוניברסיטת טוקיו ואוניברסיטת קיוטו גילה את הצביר באמצעות הטלסקופ הקרקעי סובארו שבהוואי וטלסקופי החלל ניוטון כדי לצפות בצביר באורכי גל שונים.
באמצעות שימוש בטלסקופ Multi-Object Infrared Camera and Spectrometer (MOIRCS) על הטלסקופ סובארו, הצוות היה מסוגל להסתכל באורכי גל בתחום האינפרא אדום הקרוב, שבו הגלקסיות מאירות ביותר.
“למכשיר MOIRCS יש יכולת חזקה מאוד של מדידת המרחקים אל הגלקסיות. זה מה שאיפשר את התצפית המאתגרת שלנו”, אמר מסאיוקי טנקה מאוניברסיטת טוקיו. “למרות שאנחנו הצלחנו להוכיח קיומם רק של מעט גלקסיות מאסיביות מהמרחק הזה, יש ראיות משכנעות כי הצביר הוא אמיתי, ומחובר בכוח הכבידה..”
כמו מפת קווי גובה, החיצים בתמונה מעידים על כך שהגלקסיות ממוקמות באותו המרחק, ומתמקדות לצביר סביב מרכז התמונה. “קווי הגובה” מעידים על פליטת קרינת X מהצביר. הגלקסיות שהמרחק אליהן אושר כ-9.6 מיליארד שנות אור מוקפות בעיגול. השילוב של גילוי קרני X והאוסף של גלקסיות מאסיביות מוכיח כי מדובר בצביר המוחזק ביחד בכוח הכבידה”.
האישור לכך שהגלקסיות הפרטניות אכן קשורות ביחד באמצעות הכבידה, התקבל מתצפיות בתחומי אורכי גל שונים לחלוטין. החומר בין הגלקסיות בצביר מתחמם לטמפרטורות קיצוניות ופולט אור באורכי גל קצרים מאלה של האור הנראה. לפיכך השתמש הצוות בטלסקופ החלל XMM-ניטון כדי לחפש אחר הקרינה הזו בתחומי ה-X.
“למרות הקשיים באיסוף פוטונים בתחום קרני רנטגן עם טלסקופ קטן ויעיל הדומה בגודלו לטלסקופ בחצר האחורית (הכוונה לניוטון), הבחנו חתימה ברורה של גז חם בצביר,” אמרה אלקסיס פינהוגנוב ממכון מקס פלאנק לפיזיקה מחוץ לכדור הארץ.
“השילוב של תצפיות החלוציות הללו באורכי גל שונים הובילה לגילויו של צביר הגלקסיות במרחק של 9.6 מיליארד שנות אור – כ -400 מיליון שנות אור אחורה בזמן מאשר הצביר הידוע המרוחק ביותר עד כה.
מניתוח הנתונים שנאספו על הגלקסיות הבודדות עולה כי הצביר מכיל כבר שפע של גלקסיות מאסיביות בוגרות שנוצרו כ-2 מיליארד שנה קודם לכן. מכיוון שתהליך ההזדקנות של גלקסיות הוא איטי, נוכחות גלקסיות אלה דורשת כי הצביר יתגבש באמצעות מיזוגים של קבוצות גדולות של גלקסיות, שכל אחת מהן נשלטת בידי גלקסיה דומיננטית. הצביר הוא איפוא מעבדה אידאלית לחקר התפתחות הגלקסיות, כאשר היקום היה רק בן כשליש מגילו הנוכחי.
מכיוון שצבירי גלקסיות מרוחקים חשובים למעקב אחר מבנים בקנה מידה גדול ושונויות קדמוניות בצפיפות ביקום, יכולות תצפיות דומות בעתיד למידע חשוב נוסף עבור הקוסמולוגים. התוצאה שהושגה עד כה מצראה כי המתקנים בתחום האינפרה אדום הקרוב מסוגלים לספק ניתוחים מדויקים של אוכלוסיות גלקסיות מרוחקות וכי השילוב עם נתונים בתחום ה-X הם כלי חדש ורב עוצמה. לפיכך ימשיכו חברי הצוות לחפש אחר עוד צבירי גלקסיות מרוחקות.
11 תגובות
תוספת חשובה,
האמת היא שאפילו עלה על דעתי לציין משהו בנוגע לזה ואינני יודע מדוע לא עשיתי זאת.
שים לב שמצד שני בחלל יהיה קשה להתקרר כיוון שעיקר הקירור שלנו באוויר מבוסס על קירור ע”י הולכת חום ולא ע”י קרינה – זו כבדרך אגב בעיה גדולה בתכנונם של עצמים שצריכים לשהות בחלל.
א.בן נר, צבי:
חשבתי שיש מקום לעוד הבהרה של משהו שנראה לי שנמצא ביסוד שאלתו של א.בן נר.
אני מקווה שאינני טועה בתיאור המצב.
הרי ידוע שבחלל הבין כוכבי ובטח בחלל הבין גלקטי קר מאד ולא חם.
מה שמטריד את א.בן נר הוא לדעתי הסתירה לכאורה בין הטמפרטורה של הגז לבין מה שידוע בתור הטמפרטורה ששוררת שם בפועל.
הוא יכול גם להיות מוטרד מן השאלה איך זה שגז בין כוכבי כל כך חם אינו מחמם, למשל, את כדור הארץ.
התשובה היא בכך שיש משהו מטעה בהבנה היום יומית של אנשים את מושג הטמפרטורה של גז (או של אוסף חלקיקים).
הטמפרטורה של גז היא בעצם האנרגיה הקינטית הממוצעת של החלקיקים המרכיבים אותו.
טמפרטורה זו אינה מסגירה בהכרח את יכולתו “לחמם דברים” וזאת מכיוון שה”יכולת לחמם” היא גם פונקציה של כמות החלקיקים ולא רק של מהירותם.
במילים אחרות – הגז הבין כוכבי יכול לגרום להתפתחות סרטן אצל אדם הנחשף לו – אבל לא לתחושת חום.
את היעדר הקשר בין הטמפרטורה למספר המולקולות קל להבין מן התיאוריה הקינטית של הגזים
http://en.wikipedia.org/wiki/Kinetic_theory
אבל היא נחשפת גם בקשר הפשוט והמוכר בין הלחץ והטמפרטורה של גז אידיאלי
http://en.wikipedia.org/wiki/Ideal_gas_law
שים לב, א. בן נר, שבנוסחה הנ”ל יש N רק בצד של T.
עובדה זו מצביעה על כך שמושג הלחץ כולל בתוכו את מספר המולקולות ואילו מושג הטמפרטורה אינו כולל מספר זה ולכן יש להוסיף גורם זה לאותו צד במשוואה בו מופיע T.
תודה למיכאל על הקישור
אם כן על מנת לחדד:
החומר הבין כוכבי ובכלל זה הבין גלקטי מצוי בטמפרטורה של מיליוני מעלות (בין 5^10 ל-7^10 כאמור בקישור) וזאת מן הסיבות שצויינו ב-(2) – בהתראם הוא אינו מצוי במצב אטומי או מולקולרי אלא מתקיים כפלסמה. הפוטונים המאפיינים את התווך הזה הם ספקטרום גוף שחור בטמפ’ של כ-3 מעלות קלווין שמקורם בקרינת הרקע הקוסמי. היקום אינו מצוי בשיווי משקל תרמי (אסביר את המושג בסוף ההתכתבות) כיוון שלחומר האטומי קשה מאד להתקרר.
שיווי משקל תרמי הינו דרישה ממערכת במצב יציב (אם היקום אינו נמצא במצב זה הרי שזמני ההגעה למצהב היציב ארוכים בהרבה מגיל היקום – או מסקלות הזמנים האופינויות לשינויו) – בגדול מה שהיא אומרת הוא שכאשר גוף חם מצוי באינטרקציה עם גוף קר – הטמפ’ תשתווה
א.בן נר, צבי:
אמנם זה מוזכר גם שם אבל הנה קטע הדן בנושא ישירות
http://en.wikipedia.org/wiki/Intergalactic_medium#Intergalactic
עברתי על המאמר שציינת ב-wiki, לצערי בריפרוף בלבד בגלל לחץ בזמן כעת. נדמה
לי כי המאמר שם מתרכז בחומר הפנים גלקטי :
“…the interstellar medium (or ISM) is the gas and dust that pervade interstellar space: the matter that exists between the star systems within a galaxy. It fills ”
בעוד שהכתבה כאן (וגם התגובות עד כה)מתייחסות לחומר בתווך ביין הגלקסיות המרכיבות את הצביר.
א.בן נר וצבי:
http://en.wikipedia.org/wiki/Interstellar_medium
1. באשר לחומר האפל שים לב כי זהו חומר שאינו מגיב לכוח האלקטרומגנטי – לפיכך הוא גם לא קורן ולא מתחמם כתוצאה מקרינה – לפיכך הדיון בו לא רלוונטי כעת.
2. הטמפ’ של 3 מעלות קלווין היא הטמפ’ של קרינת הרקע הקוסמית. עד כמה שאני יודע זו אינה הטמפ’ של החומר הבין כוכבי בתוך הגלקסיה שהוא (יחד עם הכוכבים) הוא עיקר החומר ביקום (חומר באריוני). אני יודע שרוב החומר ביקום הוא במצב של פלסמה ולכן מוזר לי שיהיה בטמפ’ של 3 מעלות – כמו כן שים לב כי על מנת שחומר יהיה בטמפ’ נמוכה זו הוא צריך שלא לקלוט דבר חוץ מקרינת הרקע הקוסמית וזה נראה לי מוזר (שהרי תמיד הוא יקלוט את אורם של כוכבים).
בקיצור – אינני יודע לאשר או להכחיש את דבריך במלואם – אין לי ספק שיש בהם חלקים נכונים אך אני לא בטוח שהם נכונים המלואם. אם מישהו יודע לומר יותר אשמח גם אני לדעת.
לצבי
א]. תשובתך אכן מפליאה ביותר.
אני מבין כי הטמפרטורה הגבוהה של התווך בין הגלקסיות בצביר נוצרת כתוצאה מהחומר
המולקולרי הנמצא בו, מן הסתם בעיקר אטומי מימן.
ב]. שמעתי לפני כ-3 חודשים את הרצאתו של פר’יואל רפאלי,במועדון האסט’של אונ’ת”א.
הרצאה זו עסקה אף היא בצבירי גלקסיות. התמצית של אותה הרצאה הינה כדלקמן :
1. כ-80% של החומר הבריוני של הצביר הינו חומר “אפל” שביין הגלקסיות המאירות.
2. הטמפרטורה הממוצעת של החומר בתווך הבין גלקטי היא כ- 3 מע’ קלווין !!!
3. החומר הבין גלקטי מבצע אינטראקציה עם קרינת הרקע הקוסמית. הקרינת הניפלטת
כתוצאה מאינטראקציה זאת היא בטמפ’ של כ- 2,7 מע’ קלווין. למעשה באמצעות
קרינה זו נערכת שקילת המסה הבין גלקטית של הצביר.
ג]. נשאלת השאלה, מהו עם כן ההבדל בין הצבירים ה”קרים” לבין אלו ה”חמים”.
האם זה עניין של גיל הצביר ? ואולי גורמים אחרים נוספים ?
מעניין איך הן נראות היום אחרי 9.6 מיליארד שנים
א. בן נר,
הניסוח באמת דו משמעי, עד כמה שאני מבין מדובר בשני משפטים שונים לגמרי והרעיון הוא כזה:
1. הגלקסיות קשורות באמצעות כבידה – את זה בדרך כלל יודעים על סמך ידיעת המרחקים בינהם והמהירויות שלהם:
ידיעת המרחק מקורה בכך שאם אתה יודע את המרחק מהם אליך – לרוב על סמך היסט לאדום – ואת המרחק הזוויתי בינהן, אין בעיה לדעת את המרחקים בינהן. ידיעת המהירויות שלהן נעשיית לרוב על סמך אפקט דופלר.
באמצעות שני נתונים אלו (מרחק ומהירות) תוכל לחשב האם סך כל האנרגיה הגרוויטציונית חיובית או שלילית – אם היא שלילית הרי שהם קשורים גרוויטציונית (זו ההגדרה).
2. לצורך כל המדידות הללו (דופלר, גודל זוויתי וכיוב’) נאלצו להשתמש בחיישני קרינה בתחום ה-x כיוון שהאור נפלט ברובו מגז חם מאד (גז בטמפ’ מסד”ג של מיליוני מעלות קלווין פולט בתחום הרנטגן).
התשובה לשאלתך כיצד מתחמם הגז לטמפ’ גבוהות כל כך, מעט מסובכת –
באופן כללי גושי חומר גדולים מתקררים בקלות יחסית ע”י פליטת קרינה – גושי חומר קטנים לעומת זאת מתקשים לעשות זאת (באמירה גסה מאד ניתן לומר כי גוש חומר מתקשה לפלוט אור באורכי גל הקטנים מגודלו שלו עצמו) – הדבר גורם לזה שאבק מתקשה יותר להתקרר ולכן נקבעת נקודת שיווי המשקל שלו על טמפ’ גבוהה יותר.
במקרה של חומר בתווך הבינכוכבי זהו בדרך כלל חומר מולקולרי ממש והטמפ’ האופיינית שלו היא לפיכך מיליוני מעלות. זוהי אגב הטמפ’ של ההילה של השמש במערכת השמש שלנו מאותה הסיבה בדיוק (וכך יוצא שהגז בהילת השמש חם בשלושה סדרי גודל יותר מאשר על פני השמש).
מישהו יכול להסביר את המשפט :
“…האישור לכך שהגלקסיות הפרטניות אכן קשורות ביחד באמצעות הכבידה, התקבל מתצפיות בתחומי אורכי גל שונים לחלוטין. החומר בין הגלקסיות בצביר מתחמם לטמפרטורות קיצוניות ופולט אור באורכי גל קצרים מאלה של האור הנראה. לפיכך השתמש הצוות בטלסקופ החלל XMM-ניטון כדי לחפש אחר הקרינה הזו בתחומי ה-X…”
א]. מה גורם לחומר הבין גלקטי להתחמם לטמפ’ קיצוניות ?
ב]. מדוע זה מצביע על קשר של הגלקסיות באמצעות כבידה ?