גובשה הבנה חדשה על היווצרות הגלקסיות

הניסיון להבין את האופן שבו נוצרו הגלקסיות ובעקבותיהן החיים, הוא האתגר הגדול בתחום חקר היקום כיום, אך אין הוא בלתי-ניתן להשגה מוחית-אנושית. קבוצת חוקרים בראשות פרופ' אבישי דקל ממכון רקח לפיסיקה באוניברסיטה העברית בירושלים, הראתה בעזרת הדמיות מחשב מתקדמות, שהגלקסיות נוצרו ביקום הקדום באמצעות סילוני חומר בעלי עוצמה רבה, ואילו להתנגשויות בין הגלקסיות הייתה השפעה מועטה בלבד על התפתחות הגלקסיות, בניגוד למה שמקובל לחשוב.

תוצאות המחקר המפתיעות יתפרסמו מחר בכתב העת היוקרתי Nature.

המודל המקובל של היווצרות גלקסיות התבסס על נפילה של גז מכל עבר אל מרכזי הגלקסיות ועל התנגשויות בין גלקסיות. ההנחה הייתה שדיסקות של גז מימן נוצרו ראשונות ויצרו בתוכן 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 מעשר מיליארד שנים (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 מאוד, 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 ואמריקניים שותפים של 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.

הדמיות מחשב מתקדמות ביותר

"פיתחנו מודל תיאורטי חדש אשר מסביר את התצפיות שהיו בלתי מובנות עד עתה. 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 איפשרו לראשונה מחקר מפורט של התהליך שבו חומר מצטבר בגלקסיות, תהליך שאיפשר את צמיחתן ויצירת הכוכבים בהן", מסביר פרופ' דקל.

על-פי ההדמיה החדשה, מרבית הגלקסיות נבנות באמצעות סילונים רציפים של גז קר ולא באמצעות התנגשויות של גלקסיות. שלושה סילונים בממוצע בונים כל גלקסיה. סילוני הגז עוקבים אחר המבנה הקוסמי דמוי קורי עכביש של החומר ביקום (Cosmic Web), קורים שלאורכם זורם גם החומר האפל אל הגלקסיות. כפי שנראה לראשונה בהדמיית המחשב, 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 הגז הופך 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 פיסיקלית 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.