מודל ישראלי חדש להיווצרות העולם
אסטרו-פיסיקאים ישראלים פיתחו מודל המסביר את תהליך היווצרות הגלקסיות ביקום. המודל סותר את התיאוריה המקובלת היום בתחום, על פיה נוצרו הכוכבים בהתנגשות גלקסיות
פיסיקאים ישראלים גיבשו בעזרת הדמיות מחשב מתקדמות, תפישה חדשה בנוגע להיווצרות הגלקסיות ביקום הקדום.
החוקרים, שיפרסמו את ממצאיהם מחר בכתב העת היוקרתי Nature, טוענים שהגלקסיות נוצרו באמצעות סילוני חומר בעלי עצמה רבה. זאת בניגוד למה שהיה מקובל לחשוב עד כה, כי להתנגשויות בין גלקסיות תפקיד מרכזי בהיווצרות כוכבים.
כל גלקסיה מכילה כמאה מיליארד כוכבים, המאירים כמו השמש שלנו, ומשתרעת על שטח של כחמישים אלף שנות אור (המרחק אותו עובר אור בשנה אחת). כל גלקסיה שוכנת במרכזו של כדור גדול, שמסתו גדולה פי עשר מזו של כל הכוכבים המאירים, העשוי בעיקר מחומר אפל (חומר שאינו פולט אור ושטיבו אינו ידוע). על קיומו של אותו חומר אפל אנו יודעים מזיהוי כוח המשיכה, שהוא מפעיל על הכוכבים הנראים בטלסקופים.
גלקסיה אליפטית (צילום: באדיבות פרופ' אבישי דקל)
ישנם שני סוגים עיקריים של גלקסיות: ספיראליות ואליפטיות. הגלקסיות הספיראליות (כמו גלקסיית "שביל החלב" שלנו) הן דיסקות מסתובבות, עשירות בגז מימן אשר הופך בהדרגה לכוכבים חדשים, בקצב של כמה כוכבים בודדים לשנה. הכוכבים הצעירים מעניקים לגלקסיות הספיראליות גוון כחול. לעומתן, לגלקסיות האליפטיות מבנה כדורי, והן נטולות גז ולכן מכילות בעיקר כוכבים זקנים, שלהם יש גוון אדום. הניסיון להבין את האופן שבו נוצרו הגלקסיות משני הסוגים הוא אתגר מדעי גדול, הואיל והיווצרות הגלקסיות הוא השלב הראשון בתהליך הקוסמולוגי שהוביל בסופו של דבר להיווצרות החיים.
המודל המקובל של היווצרות גלקסיות התבסס עד כה על נפילה של גז מכל עבר אל מרכזי הגלקסיות ועל התנגשויות בין גלקסיות. ההנחה הייתה שראשית נוצרו דיסקות של גז מימן ובתוכן נוצרו כוכבים בקצב איטי. כאשר שתי דיסקות התנגשו ביניהן, הן התמזגו והפכו לכדור של כוכבים. על פי המודל הזה, ענני הגז המתנגשים יוצרים הבזק של כוכבים חדשים בקצב מוגבר של מאה כוכבים בשנה ויותר.
החוקרים החליטו לבחון מחדש את המודל הזה, בעקבות תצפיות אסטרונומיות בטלסקופים חדשניים, שמקנים מבט לעומק רב ביקום ובכך מאפשרים חקר של הגלקסיות כפי שהיו לפני יותר מעשרה מיליארד שנה (כשלושה מיליארד שנה אחרי המפץ הגדול שבו נוצר היקום, על פי הקוסמולוגיה המודרנית). הגלקסיות הגדולות, כפי שהן נראות בתקופות קדומות אלה, יצרו כוכבים בקצב גבוה מאד, אך הן אינן נראות כהתמזגויות. בניגוד לצפוי, הגלקסיות הללו הן דיסקות מסתובבות גדולות ובהן גושים גדולים שבתוכם נוצרו הכוכבים. תצפיות מהפכניות אלה בוצעו על ידי אסטרונומים גרמניים ואמריקאים, שעבדו בשיתוף עם קבוצת המחקר הישראלית. בעקבות הגילוי, עלתה השאלה כיצד יצרו בשלב כה מוקדם גלקסיות אלו כוכבים באופן כה מהיר ובכמות כזו גדולה, שלא באמצעות התמזגויות מסיביות, כפי שהציע המודל המקובל.
"פיתחנו מודל תיאורטי חדש אשר מסביר את התצפיות שהיו בלתי מובנות עד עתה" אומר פרופ' אבישי דקל ממכון "רקח" לפיסיקה. "החישובים התיאורטיים מגובים על ידי הדמיית מחשב באיכות חסרת תקדים של התפתחות היקום, שבוצעה באמצעות מחשב-על על ידי שותפי מחקר צרפתיים. הגודל והדיוק של הדמיה ייחודית זו אפשרו לראשונה מחקר מפורט של התהליך שבו חומר מצטבר בגלקסיות, תהליך שאפשר את צמיחתן ויצירת הכוכבים בהן".
על פי ההדמיה החדשה, מרבית הגלקסיות נבנות באמצעות סילונים רציפים של גז קר ולא באמצעות התנגשויות של גלקסיות. שלשה סילונים בממוצע בונים כל גלקסיה. זרמי הגז הקר חודרים דרך כדור החומר האפל ובו גז חם אל מרכז הכדור, שם הם יוצרים דיסקה מסתובבת. הגז הצפוף בדיסקה, בהשפעת כוחות המשיכה שלו עצמו, מתפרק לגושים גדולים שבהם הופך הגז לכוכבים ביעילות רבה. פרופ' דקל וקבוצתו הראו שקצב היווצרות הכוכבים על פי המודל התיאורטי של הסילונים אכן תואם לקצב המהיר שנמדד בטלסקופים. "בניגוד למודל שהיה מקובל עד כה, להתנגשויות בין גלקסיות תפקיד משני בלבד ביצירת הגלקסיות" אומר פרופ' דקל.
"בשיתוף עם עמיתי, פרופ' ראם סרי, פיתחנו תיאוריה פיסיקאלית שמסבירה את היווצרות גושי הענק בדיסקה ומנבאת גם היווצרות מוקדמת של גלקסיות אליפטיות, כתוצאה מנדידת גושים אל מרכז הדיסקה והתלכדותם שם למבנה כדורי” מוסיף פרופ' דקל. באמצעות הדמיות מחשב חדשות, מתקדמות יותר מכל מה שהיה מקובל עד כה, הוכיחו פרופ' דקל ועמיתיו שהמודל התיאורטי שפיתחו מסביר את התהליכים המורכבים שהתרחשו בעת היווצרותן של הגלקסיות ביקום המוקדם. "זוהי הדרך העיקרית להיווצרות גלקסיות” אומר דקל. המחקר מסייע להבנה חדשה של אופן היווצרות המבנים ביקום — אותם עצמים שהובילו בסופו של דבר להיווצרות החיים.
גלקסיה ספירלית
צילום: אבישי דקל, האוניברסיטה העברית
