סוד היווצרותן של גלקסיות ספירליות נחשף

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

אתה יודע מה הכי מפתיע אותי? העובדה שאנו לוקחים את העולם סביבנו כמובן מאליו. בעלי חיים, צמחים, חוקי הפיזיקה והחלל נתפסים על ידי אנשים רבים כמשהו כל כך ארצי ומשעמם שהם ממציאים פיות, רוחות רפאים, מפלצות וכישוף. מסכים, זה מדהים, כי עצם קיומנו הוא קסם.

תראו את אותן ג'ירפות - איך הגיעו דברים כאלה עם צוואר ארוך? ומה לגבי פלטיפוסים, אכידנות, דורבנים וכל שאר החיות? אני חושב שאתה מבין למה אני מתכוון. אותו דבר לגבי החלל. האם עצם קיומם של כוכבי לכת, כוכבים וגלקסיות אינו מדהים? והאם זה לא נהדר שאנחנו יכולים ללמוד אותם? אז, גלקסיית שביל החלב (בה השמש וכדור הארץ שלנו ממוקמות) היא אחת ממיליארדי הגלקסיות במרחב העצום של היקום האינסופי, אבל הצלחנו לגלות מהי צורתה ואיזו צורה רוב הגלקסיות ביקום הנצפה יש. במאמר זה תלמדו משהו מדהים על העולם בו אנו חיים, כלומר מדוע יש גלקסיות בצורת ספירלה?

מהי גלקסיה?

בחלל הכל נשלט על ידי כוח הכבידה. אלמלא היא, אז במרחב העצום של ההתרחבות האינסופית - ואפילו עם התאוצה - לא הייתה ליקום אפילו גלקסיה אחת. לאחר המפץ הגדול, שהתרחש לפני 13.8 מיליארד שנים, היקום המשיך להתרחב, והתקרר בהדרגה. לאחר תום העידנים האפלים - החל מהתעבות של גז ניטרלי - החלו להיווצר בהדרגה גושים של חומר.

ימי החושך הם תקופת ההתפתחות של היקום שבמהלכה נוצרו הכוכבים הראשונים וקרינת השרידים.

למעשה, גלקסיה היא מערכת גדולה הקשורה לכבידה של צבירי חומר, כוכבים, ענני גז ואבק, חומר אפל וכוכבי לכת. יתרה מכך, כל העצמים בגלקסיה נעים ביחס למרכז המסה המשותף - חור שחור סופר מסיבי הממוקם בלב ליבן של הגלקסיות. מוזר, לא? לכן, מדענים מציצים אל מעמקי החלל, מנסים לברר כמה שיותר על המקום המסתורי הזה.

קרינת רקע (או קרינת רקע מיקרוגל קוסמית) היא קרינה תרמית הממלאת את היקום באופן שווה. מאמינים שקרינת השרידים מקורה בעידן היקום המוקדם, כלומר, זמן קצר לאחר המפץ הגדול.

איזו צורה הן גלקסיות?

אולי תופתעו, אבל מחקרים מפורטים על גלקסיות לא התחילו עד שנות ה-20. בעוד שהכוכבים וכוכבי הלכת מעולם לא נשללו מתשומת הלב האנושית, המדען הבולט אדווין האבל הניח את הבסיס לאסטרונומיה חוץ-גלקטית. הוא הוכיח שרבות מהערפיליות שנצפו על ידי אסטרונומים התבררו כגלקסיות אחרות המורכבות מאינספור כוכבים. האבל חקר למעלה מאלף גלקסיות וקבע את המרחקים לכמה מהן. יתרה מכך, אדווין האבל הוא שזיהה לראשונה שלושה סוגים עיקריים של גלקסיות: ספירלה, אליפטית ואי סדירות. התברר שגלקסיות ספירליות במרחבי היקום נפוצות יותר מאחרות. ובכן, יותר ממחצית מהגלקסיות הן ספיראליות, כולל שביל החלב, גלקסיית אנדרומדה וגלקסיית המשולש. אבל למה?

שדות מגנטיים הם המפתח לפיתוח מסתורין של גלקסיות ספירליות

מדענים עדיין מבולבלים מהגלקסיות הספירליות ומהאופן שבו הן מתעצבות, עם זרועות חינניות מלאות בכוכבים. למעשה, גלקסיות ספירליות הן הצורה האיקונית של רוב הגלקסיות ביקום.במאמץ להבין מדוע, אסטרונומים צופים מקרוב בגלקסיות ספירליות השונות משביל החלב. מדענים צפו לאחרונה בגלקסיה M77, הידועה גם כ-NGC 1068, תוך שימוש במצפה הכוכבים הסטרטוספרי SOFIA לאסטרונומיה אינפרא אדום והציגו את תוצאותיהם במחקר חדש, שיתפרסם בקרוב ב-The Astrophysical Journal.

שדה מגנטי הוא סוג מיוחד של חומר שדרכו מתבצעת האינטראקציה בין חלקיקים טעונים נעים.

לפי מחברי העבודה בהודעה רשמית לעיתונות, שדות מגנטיים ממלאים תפקיד גדול ביצירת גלקסיות ספירליות כמו M77. שדות מגנטיים אינם נראים, אך יכולים להשפיע על התפתחות הגלקסיות. כיום, מדענים מבינים היטב כיצד כוח הכבידה משפיע על מבנים גלקטיים, אך תפקידם של שדות מגנטיים בתהליכים אלו נותר לראות.

M77 היא גלקסיה ספירלית במרחק של כ-47 מיליון שנות אור מכדור הארץ. החוקרים הגיעו למסקנה של-M77 יש גרעין גלקטי פעיל, המכיל חור שחור סופר מסיבי מסיבי פי שניים ממסיבי קשת A*, החור השחור במרכז שביל החלב. M77 גדול בגודלו משביל החלב: הרדיוס שלו הוא כ-85,000 שנות אור, ורדיוס שביל החלב הוא כ-53,000. עם זאת, ישנם כ-300 מיליארד כוכבים בגלקסיית M77, בעוד שבשביל החלב ישנם כ-300 מיליארד כוכבים בגלקסיית M77. 250 מיליארד עד 400. הזרועות הספירליות של M77 מלאות באזורים של היווצרות כוכבים אינטנסיבית, הנקראים התלקחויות כוכבים. קווי השדה המגנטי עוקבים מקרוב אחר זרועות הספירלה, אם כי לא ניתן לראותם בטלסקופ רגיל. למרבה המזל, SOFIA יכולה לעשות זאת, מה שהוביל אסטרונומים לדעת שקיומם של שדות מגנטיים תומך בתיאוריה רווחת שמסבירה כיצד מתעצבות זרועות הגלקסיות הספירליות. זה נקרא "תורת גלי הצפיפות".

תיאוריית גלי הצפיפות הוצעה בשנות ה-60 כדי להסביר את המבנה הספירלי של גלקסיות ספירליות. לפי תיאוריה זו, זרועות הגלקסיות הספירליות אינן תצורות חומריות, אלא הן אזורים בעלי צפיפות מוגברת, הדומים בעצם לפקקי תנועה.

אז, הזרועות הגלקטיות הן החלק הנראה לעין של גלי הצפיפות עצמם, והכוכבים נעים פנימה והחוצה מהם. לפיכך, זרועות הגלקסיות הספירליות אינן מבנים קבועים העשויים מכוכבים, למרות שהן נראות כך. תצפיות עם SOFIA הראו שקווי שדה מגנטי נמתחים לאורך כל הזרוע של גלקסיית M77 במרחק של 24,000 שנות אור. לפי התוצאות שהתקבלו, כוחות הכבידה שעזרו ליצור את הצורה הספירלית של הגלקסיה, כביכול, דוחסים את השדות המגנטיים, ובכך מאששים את התיאוריה של גלי הצפיפות. שיגעון חלל טהור, לא?

עם זאת, מחקר זה עוסק רק בגלקסיה ספירלית אחת, כך שלאסטרונומים יש עוד עבודה רבה לפניהם. עדיין לא ידוע איזה תפקיד יכולים לקווי השדה המגנטי למלא במבנה של גלקסיות אחרות, כולל הגלקסיות הלא נכונות, אבל למרות מספר עצום של שאלות, כבר למדנו הרבה על העולם שבו אנו חיים והידע הזה רק מעורר סקרנות.