ענן גז שיחלוף על פני החור השחור במרכז הגלקסיה

לפני כשבועיים שמענו בסמינר המחלקתי הרצאה מפי פרופ' אנדי בורקהרט, שמוכר בקהילת האסטרופיזיקה בעיקר בזכות עבודתו על סימולציות קוסמולוגיות, אך דיבר איתנו דווקא על ענן גז שעומד לחלוף בסמוך לחור השחור הענקי שבמרכז הגלקסיה שלנו. מסתבר שבנוסף להישגיו המדעיים, יש גם כוכב לכת ננסי שקרוי על שמו - מכיוון שבתו נשואה למי שגילה אותו. ההרצאה הזו הייתה מרתקת, ופרופ' בורקהרט הוא מרצה מעולה, כך שזו הייתה חווייה מצויינת. למדתי המון הרצאה, ואנסה להעביר את כל מה שלמדתי כאן. אני מבקש להבהיר שזה המון חומר ששמעתי תוך כדי ההרצאה, ולכן יתכן וההבנה שלי אינה מושלמת, או שנפלו טעויות מסויימות בפירוש שלי לדברים מסויימים; במידה ואתם יודעים יותר על אחד הנושאים שמוזכרים כאן אשמח מאוד לשמוע בתגובות או בהודעה פרטית!

ראשית, פרופ' בורקהרט נתן סקירה קצרה של מרכז הגלקסיה מהחוץ פנימה, אך אני אהפוך את הסדר ואדבר מבפנים החוצה:

• במרכז הגלקסיה ישנו החור השחור המכונה סגיטריוס A, ושהתצפיות מראות שהוא במסה של כארבעה מליון מסות שמש. 
• סביב החור השחור יש צביר כוכבים צפוף מאוד של כוכבים מסיביים המכונים כוכבים מסוג B, ושמלא בגז חם מאוד. הכוכבים הפנימיים ביותר נעים במסלולים אליפטיים או מעגליים סביב החור השחור, כמו פלנטות שנעות סביב כוכב, ואסטרונומים משתמשים במסלולים האלה כדי לחשב בצורה מדוייקת מאוד את מסת החור השחור והמרחק אליו.
• מחוץ לצביר יש שתי טבעות שרדיוסן הפנימי הוא ממש בגבול עם הצביר, והן מורכבות מכוכבים מסיביים עוד יותר המכונים כוכבים מסוג O. אחת הטבעות מקבילה ומסתובבת בכיוון הפוך לדיסק של הגלקסיה, והשנייה טיפה בשיפוע, ומסתובבת בכיוון הפוך לטבעת הראשונה
• שתי הטבעות האלה נמצאות בתוך ענן שמורכב משארית של סופרנובה שהתפוצצה ככל הנראה לפני כ10,000-100,000 שנה
• עוד יותר החוצה ישנה דיסקת גז שמקבילה בערך לדסקת הגלקסיה ומסתובבת יחד איתה

עכשיו שעשינו קצת סדר במבנה של מרכז הגלקסיה אפשר להתחיל לדבר על הדברים האחרים שלמדנו בהרצאה, שאמנם כותרתה הייתה על ענן הגז שהולך לעבור סביב החור השחור, אבל היא דיברה על הרבה מאוד על מה אנחנו יודעים ועל בעיות שעוד קיימות בהבנה שלנו את מרכז הגלקסיה.

בעיה אחת נוגעת לכוכבי הB שבאיזור הפנימי - לא לגמרי ברור מה הם עושים שם. היות והגז חם, מאוד לא סביר שהם נוצרו שם, שכן לגז חם קשה מאוד להתכווץ מספיק כדי שהלחץ במרכז יוכל להצית בערה גרעינית. ההשערה הנוכחית היא שהם נפלו ממקומות אחרים, אך היות ותוחלת החיים שלהם קצרה יחסית (מכיוון שהם מסיביים), צריך להיות קצת נפילה לא קטן של כוכבים כאלה אל המכרז. עם זאת, האיזור שמיד מסביבם, איזור הערפילית והטבעות, פחות או יותר נקי מכוכבים שכאלה, ולכן זו תעלומה רצינית.

בעיות נוספות נוגעות לטבעות הללו - ראשית, הן מורכבות אך ורק מכוכבי O, שהם מסיביים מאוד ולכן גם קצרי חיים מאוד, ולא ברור כיצד זה יתכן. בנוסף, לא לגמרי ברור כיצד הן נוצרו - ההשערה היא שעני גז שנפלו יצרו אותן, אך אז לא ברור כיצד הנפילה של הענן שיצר את הטבעת השנייה לא השמידה את הטבעת הראשונה, במיוחד שהן מסתובבות בכיוונים הפוכים.

נקודה מעניינת נוספת בנוגע למרכז הגלקסיה היא שרואים שככל שמתקרבים אל החור השחור, הספיחה אליו הולכת ויורדת; זו דווקא נקודה שיש לנו הסבר בשבילה - האיזור הקרוב לחור השחור מלא בגז החם שציינו, והגז הזה קורן ומונע מגז נוסף ליפול, וככל שמתקרבים לחור השחור הקרינה הזו מפוזרת על שטח קטן יותר ולכן גם כמות הגז שתיפול תהיה קטנה יותר.


הענן עצמו הוא אובייקט די מסתורי, למרות שאנחנו יודעים עליו לא מעט. הוא נצפה לראשונה כבר לפני כמה שנים, ובתחילה היו חוקרים שחשבו שמדובר בכוכב חיוור, אך הספקטרום לא התאים לזה של כוכב - אך כן התאים לזה של ענן גז מימן מולקולרי, כלומר שהמימן נמצא בתצורה של מולקולות (H2), מה שאומר שהגז חייב להיות קר מספיק (אחרת המולקולות מתפרקות לאטומים). הענן קורן מכיוון שהכוכבים שסביבו מיננים אותו, וכאשר הגז מתרכב חזרה הוא פולט קרינה.
וכאן כבר נכנסת התעלומה הראשונה - הענן נמצא באיזור של כוכבי ה-B, שכפי שציינתי בפעם שעברה, מלא בגז חם - הרבה יותר חם מהגז שבענן. זה אומר שבשביל שהענן יוכל לשרוד כענן קר לאורך הנפילה מבחוץ הוא חייב להיות מאוד מסיבי, אבל חישובים של מסת הענן העלו שהוא בסה"כ במסה של שלושה כדורי ארץ, שזה ממש כלום! יתכן שהענן נפל מסיבי יותר וחלקו הגדול הופשט בשל החיכוך עם הגז החם, אבל קשה מאוד לדעת כי לא יודעים בצורה טובה את צפיפות הגז שמסביבו.

ב2011 כבר זיהו את הענן מתחיל להתארך בגלל המשיכה של החור השחור. היה צריך למצוא לו שם, מכיוון שלא ניתן לקרוא לו "ענן הגז הקטן שנופל אל החור השחור שבמרכז הגלקסיה" כל הזמן, זה היה הופך את המאמרים לבלתי קריאים. פרופ' בורקהרט אהב את השם G2, אבל בשביל זה היה צריך לוודא שיש G1, אז הוא נבר קצת בתצפיות ומצא ענן גז קטן שנצפה כמה שנים והיה מרוצה.

מהמסלול, נראה שהענן מגיע מעט מחוץ לאיזור החם, מקצה אחת הטבעות של כוכבי ה-O, ואם כך הוא כנראה נוצר לפני כ200 שנה. זה מעלה מסתורין אחר - אם הענן אכן הגיע מאיזור הטבעות, כיצד הוא נוצר? רעיון אחד שעלה, אבל לא בטוח אם הוא יכול לעבוד, זה שרוחות מהכוכבים בטבעות מתנגשות ויוצרות ענני גז. רעיון אחר שעלה, וגם הוא לא מאוד סביר, הוא שלא מדובר בענן אלא בכוכב לא בהיר, ומה שרואים זה את הגז שנפלט ממנו. אחת הסיבות העיקריות שהפתרון הזה לא סביר הוא שבתצפיות מאוחרות יותר נצפה, בנוסף לענן עצמו, מעין זנב. ככל שהתצפיות התקדמו, התברר שהזנב למעשה יותר מסיבי מהענן! לא לגמרי ברור מה הקשר ביניהם, אבל נראה שהם נעים ביחד, ולכן כנראה שהקשר קיים. השערה אחת בנוגע לענן ולזנב היא שהם למעשה חלק ממבנה אחד, מעין טבעת, ואנחנו רואים רק את החיתוך של הטבעת עם מישור כלשהו; לא ממש ברור מה המישור הזה, למה שתיווצר טבעת כזו, ואיך היא שרדה, ולכן ההשערה הזו לא סבירה במיוחד.

בורקהרט וחבורתו עשו סימולציות של נפילת הענן אל החור השחור, דבר שהלהיב את נאס"א ונייצ'ר, שרצו לעשות מזה שער. הבעיה הייתה שלפי הסימולציות, לא יתכן שהענן נוצר באיזור הטבעות למרות המסלול שלו - אם הוא היה נוצר שם הוא היה נמתח ונראה היום כמו ספגטי, ולא כמו שרואים בתצפיות. אבל נאס"א ונייצ'ר רצו שער, אז הם שיחקו עם הפרמטרים והגיעו למסקנה שהם יכולים לשחזר בצורה לא רעה את התצפיות אם הענן נוצר במרכז האיזור החם. נייצ'ר קיבלו את השער שלהם, ואף אחד לא חשב לשאול את החוקרים איך יכול להיות שענן קר נוצר במרכז האיזור החם...
אופצייה נוספת שעלתה בנוגע לענן קשורה לזנב שלו - סימולציות נוספות הראו שיתכן ומדובר שגוף שכבר עשה מעבר אחד ליד החור השחור, וכעת נופל אליו חזרה; במקרה כזה, הזנב שאנו רואים הוא למעשה הגוף המרכזי והענן הוא למעשה הזנב שנמשך מאחוריו וכעת נופל לפניו. אולם גם באופצייה הזו כלל לא ברור כיצד ואיפה נוצר הענן...

הענן אמור לעבור בנקודה הקרובה ביותר לחור השחור ממש בחודשיים הקרובים. זה מצויין, מכיוון שזה יאפשר לבצע תצפיות שיראו איזה מהמודלים הוא הנכון, ואולי גם יאפשרו לנו ללמוד עוד על הענן, וכל זה ממש עוד מעט, ולא בעוד אלפי שנים (שזה בד"כ הזמן המינימלי לחכות להתרחשות אסטרונומית). נחכה ונראה, ואשתדל לדווח על הנושא ברגע שיהיו חדשות.

לקראת סיום, אנקדוטה משעשעת ופריט מידע מעניין מההרצאה - פרופ' בורקהרט ציין שתיאורטיקנים יכולים להריץ את הסימולציות שלהם בכל שלב, אבל התצפיתנים צריכים לחכות שאפשר יהיה לראות את החור השחור - כלומר חצי שנה בין תצפית לתצפית, ולכן הוא חשש תמיד ששותפו התצפיתן יחזור מתצפית ויגיד לו שהענן נעלם...
פריט המידע המעניין (ולא ממש קשור לשאר ההרצאה) שלמדתי הוא שבכדור הארץ ישנה שכבה רדיואקטיבית שמעידה שסופרנובה התפוצצה לא רחוק מאיתנו לפני כמליון שנה!

פוסט אורח - אופק בירנהולץ על גלים כבידתיים

חלקכם בוודאי שמע שמועות על כך שהייתה מסיבת עיתונאים ובה הכריזו הכרזה מרעישה בנוגע לגלים כבידתיים. היות וזה לא ממש התחום שלי, אני שמח לארח כאן את אופק בירנהולץ, דוקטורנט אצלנו במכון שעוסק ביחסות כללית, ושכתב פוסט בסגנון שאלות ותשובות כדי להסביר את הנושא ואת התגלית:

א. רגע, אז מה זה בכלל גלים כבידתיים?
זה בסה"כ די פשוט. קודם כל, נתחיל מזה שאור הוא בעצם גלים אלקטרומגנטיים: בגדול כל מטען חשמלי סטטי (שלא זז) מושך (או דוחה, בהתאם לסימן) כל מטען אחר - במילים אחרות יוצר שדה חשמלי בכל היקום שמצביע לכיוון שלו. אם מזיזים את המטען, מעכשיו כל שאר המטענים צריכים להימשך לנקודה חדשה, כלומר השדה בכל היקום משתנה, צריך להצביע למיקום החדש. אבל האינפורמציה על השינוי לא יכולה לנוע יותר מהר ממהירות האור, כלומר השינוי בשדה מתקדם במהירות האור, וזה נקרא גל (חשמלי-מגנטי, נעזוב רגע את המשמעות המגנטית שלו).
אז גלים כבידתיים זה ב-ד-י-ו-ק אותו דבר: כל מסה גדולה נייחת מושכת אליה כל מסה אחרת ביקום, כלומר יש לה שדה כבידתי בכל היקום, שמצביע בכל נקודה אליה. אם פתאום תאיץ אותה, השדה בכל היקום צריך להשתנות כדי להצביע למיקום החדש - אבל זה לא יקרה מיד בכל היקום, כי האינפורמציה מוגבלת לנוע במהירות האור, והתפשטות השינוי בשדה - זה גל כבידתי.

ב. אז סוף סוף גילו שיש גלים כבידתיים?
לא, יש תצפיות על ההשפעה של גלים כבידתיים כבר 30-40 שנה, במערכות של פולסארים בינאריים שהמסלול שלהם משתנה בגלל פליטת גלים כבידתיים. הפולסארים האלה פעילים ומסלולם משתנה כל הזמן, וזה באמת מקרה בו חישבו איך הוא אמור להשתנות בגלל פליטת קרינת כבידה, ואז מדדו לאורך עשרות שנים וראו התאמה (וקיבלו על זה נובל ב1993). אז עדות לקיומם של גלים כבידתיים יש, מקובלת, תצפיתית, אבל עקיפה: שינוי מסלול, בתצפית לייב, לא מדידת הגלים עצמם.

ג. אז עכשיו מדדו באופן ישיר?
לא, גם המדידה הנוכחית היא לא ישירה; לא מדדו את הגלים הכבידתיים בגלאי כבידה אלא ראו את ה"חותמת" שלהם על קרינת הרקע הקוסמית, בצורת קיטוב שלה.

ד. אז מה קטע?
מה שכן חדש הוא המקור - בפולסארים המקור הוא מאקרוסקופי (כוכבים מסתובבים) - וכאן מדובר במקור קוונטי.

ה. ו....
והמשמעות העיקרית היא עדויות תומכות באינפלציה קוסמית. הטיעון הוא שהמקור של הגלים האלה הוא פלוקטואציות קוונטיות קצת אחרי המפץ הגדול - פלוקטואציות מאד קטנות. אבל, טוענים שלגלים האלה - אז - היתה השפעה על קרינת הרקע הקוסמית (CMB), ושאם אנחנו מסוגלים למדוד את ההשפעה הזו כחתימה על קרינת הרקע הקוסמית היום (שימו לב - לפני מדידות של גלים כבידתיים ממקורות מקרוסקופיים אסטרונומיים שפעילים היום!), שזה מה שהודיעו אתמול שמדדו בוודאות גבוהה - אז בהכרח היו גלים כאלה אז, ומה שיותר משמעותי, אם אז הם היו חלשים והיום ההשפעה כ"כ גדולה שאפשר למדוד אותה, אז בהכרח היתה "מתיחה", או מה שנקרא "אינפלציה".

ו. וזה טוב או רע?
אין טוב או רע, זה מדע. זה מעניין, וזה מגניב, וזה אומר שיהיה עוד כסף לתחום (אז לי זה בכלל אחלה); אבל אין מודלים "יפים" לאינפלציה עדיין, אז זה גם קצת מבאס. מצד שני, אולי זה אומר שיש מודל יפה שרק עוד לא מצאנו, ועכשיו ינסו יותר

**עדכון בעקבות דיון פופוליסטי משהו בין כמה פיגורות מובילות בעולם הדתי בפייסבוק על המשמעות התיאולוגית של התגלית:
ז. האם זו העדות המכריעה למפץ הגדול? או למה גרם לו?
לא, כבר עשרות שנים שאין (כמעט) אף אחד בעולם המדעי שעוד מפקפק או מחפש "עדות מכריעה" למפץ הגדול, זו סוגיה שהוכרעה מזמן מזמן (למעשה, עוד כשאיינשטיין והאבל (על שמו הטלסקופ עם התמונות הכי יפות שראיתם) היו בחיים) - מנסים להבין רק מה בדיוק היה האופי שלו. כמו-כן, במודל המקובל של המפץ הגדול אין משמעות לשאלות כמו "מה קרה לפניו" או "מה גרם לו", כי אלה שאלות תיאולוגיות ופילוספיות ולא מדעיות; כן יש בתגלית מידע חדש על מה קרה קצת אחרי המפץ הגדול, שזה מעניין. יש גם מי שמחפשים מודלים אלטרנטיביים למפץ הגדול (תכל'ס, עדיין היה מפץ גדול, אבל לא ממש-ממש מנקודה סינגולרית אלא רק מכמה חלקיקי שניה אחרי), אבל בתגלית הזו אין ממש בשורה בעניין.

הכוכב הזקן ביותר

בחיפושי אחר נושאים לדון בהם ב"חללית" נתקלתי בכתבה במגזין האינטרנטי Science Daily שכותרתה "אסטרונומים מצאו את הכוכב הזקן ביותר: נוצר מעט אחרי המפץ הגדול לפני 13.7 מליארד שנה". ההבנה שלי מהכותרת היתה שהכוכב עצמו הוא בן 13.7 מליארד שנה, דבר שהוא בלתי אפשרי לפי כל הידוע לנו כרגע. לא היה לי זמן לעבור על הכתבה במלואה, ולכן השארתי את העניין למועד מאוחר יותר. בזמן שהתדיינו לפני התכנית, יעל הילמן ציינה שקראה מאמר בנייצ'ר שכנראה דיבר על אותו כוכב, אבל שם לא צויין גיל. בשלב הזה כבר באמת הסתקרנתי. ניגשתי למאמר המקורי בנייצ'ר וגיליתי שאכן, הגיל כלל לא מופיע. מעבר חוזר על הכתבה הבהיר לי שהכותרת מבלבלת מאוד, ושלמעשה אין בה טענה על גיל הכוכב, אלא רק על כך שנוצר מעט אחרי המפץ הגדול.
וזה היה יכול להיות רק עוד סיפור על כמה חשוב לדייק בכותרות (מצד העורכים) ולהקפיד לקרוא בעיון (מצד הקוראים), אבל לשמחתי זה לא מסתיים בזה. כי עכשיו שכבר קראתי את המאמר לעומק, התחוור לי שגיל הכוכב הוא כלל לא העניין המרכזי, אלא נושא אחר לגמרי הקשור ביינון מחדש (reionization) של היקום על ידי הכוכבים הראשונים, וברגע שמתעלמים מהכותרת הכתבה דווקא עושה עבודה טובה בלהסביר את המאמר המקורי.

אז קודם כל רקע שנחוץ כדי להבין על מה מדבר המאמר. זה מעט סבוך, אז השתדלו לעקוב, ואשמח לענות על כל שאלה בנושא.
בראשית, היקום היה כל כך דחוס שפוטונים לא יכלו להתקדם יותר ממרחק זעיר לפני שהתנגשו בחלקיק כלשהו (אלקטרון או פרוטון). דבר זה מנע מהאלקטרונים והפרוטונים להצמד ולהפוך לאטום מימן, כך שלמעשה היקום כולו היה מיונן (יון הינו אטום עם מספר לא שווה של אלקטרונים ופרוטונים; במקרה הזה אנו מדברים על יונים של מימן, שהם פשוט הפרוטונים). עם הזמן, היקום התרחב, הצפיפות ירדה, ולבסוף הגיע מצב שבו החלקיקים האלמנטריים יכלו סופסוף להצמד וליצור את אטומי המימן הראשונים. זמן זה נקרא זמן הרקומבינציה (recombination, הרכבה מחדש), ועל פי מיטב ההערכות הוא קרה כשהיקום היה בן בערך 400,000 שנה.
אולם שם דברים לא הסתיימו. היות ואנו יודעים שהיום מרבית הגז הבין כוכבי הוא מיונן, היה צריך לקרות תהליך כלשהו שיינן מחדש את הגז ביקום. תהליך זה של יינון מחדש (reionization) לא יכל לקרות מעצמו, אלא היה צריך מקורות אנרגטיים מספיק על מנת ליינן את הגז. מהם בדיוק אותם מקורות היא שאלה שעליה מנסים לענות חוקרים רבים, ושמספר תיאוריות מנסות לענות עליה. אחת התיאוריות גורסת שהכוכבים הראשונים (המכונים כוכבים מאוכלוסיה III, ושהורכבו כמעט לחלוטין ממימן והליום) הם אלו שייננו מחדש את הגז, אך עם התיאוריה הזו הייתה בעיה עד היום. כוכבים מאוכלוסיה III צריכים היו להיות מסיביים מאוד (בין עשרות למאות מסות שמש, תלוי במודל; כוכבים כאלו לא נצפו עד היום באופן ישיר) ולכן גם קצרי חיים ביותר, ואת חייהם לסיים בסופר נובה. מרבית המודלים הניחו שהסופרנובות האלו היו מאוד אנרגטיות, וכאן הבעיה - סופרנובות כל כך אנרגטיות היו מפזרות יסודות כבדים מסביב מהר מאוד ומונעות יצירה נוספת של כוכבי אוכלוסיה III, ולכן לכוכבים אלה לא יכול היה להיות מספיק זמן כדי ליינן את הגז ביקום.

וכאן נכנס המאמר. קבוצת החוקרים זיהתה כוכב שלו שילוב של מאפיינים יחודיים, שביחד יכולים להצביע על פיתרון לבעיה. ראשית, התצפיות בשילוב עם מודלים מעידות שהגז שממנו נוצר הכוכב הועשר על ידי סופרנובה בודדת מכוכב במסה של כ60 מסות שמש; זה אומר שהכוכב נוצר בשלב מוקדם מאוד, שכן ככל שעובר הזמן הגז היה מועשר מעוד ועוד סופרנובות. שנית, הכוכב אינו מכיל כלל ברזל, דבר שמעיד שהסופרנובה הייתה באנרגיה נמוכה יחסית, בניגוד לציפיות של התיאוריה. הגילוי הזה יכול לרמוז על כך שהכוכבים הראשונים סיימו את חייהם בסופרנובות אנרגטיות פחות ממה שחשבו, ולכן היה להם יותר זמן ליינן את היקום. אם יתגלו עוד כוכבים כאלו, זה בהחלט יכול לשנות את הדרך בה אנו חושבים כרגע על הכוכבים הראשונים, ולהוות צעד חשוב בדרך להבנת היקום המוקדם.

עוד על הילות כוכביות של גלקסיות

בהקשר לפוסט הקודם, לגבי המאמר שטען שלהילות מסיביות יש הילה כוכבית עצומה, קבוצה אחרת של חוקרים טוענת שלגלקסיית השבשבת (Pinwheel Galaxy; M101) אין כמעט בכלל הילה כוכבית (http://www.newscientist.com/article/dn24993-dark-halo-around-spiral-galaxy-poses-stellar-mystery.html).
המאמר הזה הוא תוצאה ראשונה של מערך תצפיתי חדש שנקרא "מערך הטלפוטו שפירית". המערך נמצא בניו מקסיקו, ומשלב שמונה עדשות (!) שמסתכלות על אותה נקודה על מנת להשיג רמת תצפיות שלא הייתה קיימת לפני כן, בוודאי שלא מפני כדור הארץ. עם תוצאה כזו העתיד של המערך הזה נראה מעניין מאוד.

גלקסיית השבשבת, כפי שצולמה על ידי מערך השפירית. התמונה השמאלית העליונה היא התמונה המקורית, שמאלית התחתונה היא אותה תמונה לאחר ניכוי הרקע, והתמונה הגדולה מימין היא זום לאיזור של הגלקסיה עצמה. הצבעים במרכז הגלקסיה אינם צבעים אמיתיים, אבל הם מסמלים את פרופיל הצפיפות של הגלקסיה כפי שנצפה.

כפי שציינתי בפוסט הקודם, ההנחה הרווחת עד היום הייתה שכמעט לכל גלקסיה יש הילה כוכבית שמכילה לפחות כמה אחוזים ממסת הכוכבים בגלקסיה עצמה (וכפי שראינו בפוסט הקודם - עבור הילות מסיביות זה יכול להגיע גם להרבה יותר ממסת הכוכבים בגלקסיה). לגלקסיית שביל החלב, למשל, הילה כוכבית במסה של כ2% ממסת הכוכבים בגלקסייה, וזו של אנדרומדה מכילה כ4%. גלקסיות גדלות על ידי ספיחת גז וכוכבים שנופלים אליהן, בין אם במנותק מגלקסיות אחרות או כחלק מגלקסיות אחרות. ספיחה שבמנותק מגלקסיות אחרות היא יחסית איטית, ולכן לרוב יש צורך גם בבליעה של גלקסיות שלמות אחרות. עם זאת, אם הגלקסיה הנבלעת היא גדולה מדי, זה לרוב יערער את הגלקסיה הבולעת והיא תפסיק להיות שטוחה וספירלית ותהפוך להיות גלקסיה אליפטית. על כן התהליך שצפוי להיות המשמעותי ביותר בגידול גלקסיות הוא בליעת גלקסיות ננסיות, אבל בתהליך שכזה הגלקסיות הננסיות ישאירו מאחוריהן שובל של כוכבים שייצור את ההילה הכוכבית, כפי שתיארתי בשבוע שעבר. תוצאה שמראה שלגלקסיה כמו גלקסיית השבשבת, שלא נחשבת גלקסייה מאוד יוצאת דופן, כמעט ואין הילה כוכבית (המדידות במאמר מדברות על כ0.3% מהמסה הכוכבית בגלקסיה) עלולה להעמיד בספק חלק מהתיאוריה הנוכחית של היווצרות גלקסיות. עם זאת, כרגע מדובר רק בגלקסיה בודדת, ונצטרך לאמוד את ההילה הכוכבית של גלקסיות רבות נוספות על מנת לדעת האם מדובר בגלקסייה אחת ששוכנת בקצוות ההסתברות, או בתופעה שסותרת את ההבנה הנוכחית שלנו.

על הילות כוכביות של גלקסיות

בסמינר שהתקיים אצלנו דנו במאמר שכותרתו "היחס בין מסה כוכבית למסת הילה, ויעילות יצירת הכוכבים בהילות בעלות מסה גבוהה" (http://arxiv.org/pdf/1401.7329v1.pdf). המאמר דן בתצפיות מהעת האחרונה של צבירי גלקסיות, ומשתמש בהן כדי לבחון את התפלגות המסה הכוכבית בהילות חומר אפל מסיביות.
תצפיות של גלקסיות מראות תופעה שכונתה "הילה כוכבית" - ישנם לא מעט כוכבים שנמצאים מחוץ לגבול המקובל של הגלקסיה, לפעמים עד מרחק רב מהגבול, אבל בצפיפות נמוכה בהרבה מאשר בתוך הגלקסיה. עבור הילות קטנות, שמכילות גלקסיה בודדת, המסה הכוללת של הכוכבים האלו קטנה ביחס למסת הכוכבים בגלקסיה עצמה, אבל ההילה הכוכבית הזו נצפית כמעט בכל הגלקסיות. הנה מה שלמדתי מהמאמר הזה:

• החוקרים טוענים שמחוץ לגבול המקובל של הגלקסיה בהילות במסות גבוהות מאוד (10^14 מסות שמש ומעלה) יש המון כוכבים - עד פי שלוש או ארבע (!) ממסת הכוכבים בתוך הגלקסיה. לטענתם, חוקרים קודמים השתמשו במודלים של פרופיל צפיפות שלא היו מפורטים מספיק, ושכאשר משתמשים במודל אותו הם מציעים ולא חותכים אותם ברדיוס קבוע מראש ממרכז הגלקסיה, מסת הגלקסייה גדלה משמעותית. 
• ככל הנראה, הכוכבים בהילה הכוכבית מגיעים מגלקסיות שנפלו אל הגלקסיה המרכזית ופיזרו כוכבים תוך כדי הנפילה. זה אומר שיש הבדל בין הכוכבים בהילה הכוכבית לאלו שנוצרו בתוך הגלקסיה, וזה משמעותי כשבאים לפרש תצפיות על מנת להסיק כיצד נוצרה ההילה.

בעקבות התוצאות שלהם, החוקרים הגיעו לשתי מסקנות מעניינות מאוד:

• יש צורך בשינוי ההגדרה של גבול הגלקסיה, כך שתכלול גם את ההילה הכובית הענקית הזו. 
• בסימולציות של יצירת גלקסיות, שבהן בשנים האחרונות הייתה נטייה להשתמש במשוב חזק מהגרעין הפעיל של הגלקסיה מפני שחשבו שהסימולציות יוצרות יותר מדי כוכבים, יתכן ולא צריך להפעיל משוב חזק כל כך, היות ובעצם יש יותר מסה ממה שחשבנו קודם, ולכן הסימולציות קרובות יותר למציאות ממה שחשבנו.

שביט בעל שישה זנבות

התגלית מופיעה במאמר הבא:
http://arxiv.org/abs/1311.1483

החוקרים צילמו את השביט פעמיים בהפרש של שבועיים באמצעות טלסקופ החלל האבל, ובשני המקרים נראים שובלים מטושטשים שלטענתם הם זנבות (ראו תמונה מצורפת), והשובלים האלה משנים מעט את כיוונם בין תמונה אחת לשניה.
לפני שאכנס לפרטים של השביט הנוכחי, אני רוצה לציין שלמדתי הרבה על שביטים בזכות הסמינר המחלקתי שהועבר על המחקר הזה, ורוצה להודות לאלעד שטיינברג על שסיכם בצורה כל כך ברורה את הדברים.

התמונה מהמאמר. החיצים עם האותיות מסמנים את הזנבות השונים.

מסתבר שההבדל בין שביטים לאסטרואידים הוא לא מובן מאליו. כלומר, יש הגדרה שקשורה במסלול, כך ששביטים הם במסלול מאורך שעובר קרוב לשמש, בעוד שאסטרואידים הם במסלול מעגלי מרוחק (רוב אלה שאנחנו מסוגלים לראות מגיעים מהחגורה הראשית, שהיא באיזור צדק). על פי ההגדרות האלה, העצם שעליו אנחנו מדברים הוא בכלל אסטרואיד, אבל יש לו זנבות! זה מעורר תהיה כיצד נוצרו הזנבות, מכיוון שבמרבית השביטים שאנחנו מכירים, הזנבות נוצרים מכך שקרח (שממנו מורכב מרבית השביט) נמס בעקבות המעבר סמוך לשמש ומשתחרר, ובעקבות לחץ הקרינה שמגיע מהשמש האדים מתרחקים מהשביט. זה גם אומר שבמרבית השביטים, הזנב שאנו רואים אינו פונה מאחוריהם כי אם בכיוון הרחק מהשמש, מה שיכול להיות גם ממש בניצב לכיוון ההתקדמות שלהם! אם המים שמשתחררים מכילים גם חלקיקי אבל גדולים, קרינת השמש פחות מצליחה להעיף אותם, ואז יתכן ויווצר זנב נוסף שינוע מאחורי השביט, כמו שאנחנו רגילים. השביט הנוכחי, לעומת זאת, לא עבר קרוב לשמש מעולם, ולכן לא ברור מה גרם לו להתחיל לשחרר פתאום חומר לחלל.
הסברה הרגילה כשמדובר על שביטים של החגורה הראשית (קרי, אסטרואידים בחגורה הראשית שיש להם שובל) היא שהם התנגשו במשהו, והמכה גרמה לכיס גז באסטרואיד להתחיל להפלט. אבל במקרה הזה החוקרים ביצעו חישובים שהראו שששת הזנבות החלו להפלט כל אחד בזמן אחר, ולכן צריך היה שש פגיעות, דבר לא סביר. בנוסף, מכיוון שהזנבות פונים בכיוונים שונים ומשנים את כיוונם בצורה שונה עם הזמן, ההשערה היא שמדובר בחומרים שונים שמשתחררים. החוקרים עדיין עומלים בנושא, והשערות עולות ומופרכות, אבל אין ספק שזה שביט מעניין מאוד, ובתקווה גם ילמד אותנו לא מעט.

תחזית חודשית לגילוי חומר אפל

בעבר התפרסמו מספר כתבות לגבי כך שקבוצת חוקרים טוענת שניסויים שמטרתם לחפש חומר אפל צריכים לשנות את הציפיות שלהם לימים הטובים ביותר לעשות את זה. אסכם כאן בקצרה את העניין.

אנחנו לא יודעים מהו החומר האפל, אבל ההשערה המקובלת ביותר היא שהוא למעשה חלקיקים קטנים שמגיבים כמעט אך ורק לכבידה (או באנגלית Weakly Interacting Massive articles - WIMPs). גם בהנחה הזו, יש הרבה דברים שאנחנו לא יודעים על החומר האפל, כמו למשל מה הגודל של החלקיקים הבסיסיים, ומה המהירות הממוצעת שלהם, או האם הם מגיבים עם חלקיקי חומר אפל אחרים ומתחסלים תוך כדי יציר אנרגיה. אנחנו כן יודעים שנראה שגלקסיות מוקפות ב"הילה" של חומר אפל, שמשתרעת ממרכז הגלקסיה ועד הרבה מעבר לקצה שלה. אם החומר האפל אכן מורכב מחלקיקים קטנים שכאלה, אז סביר להניח שהרבה מאוד מהם חולפים דרכנו וסביבנו כל הזמן ולכן חלק קטן מהם יפגע ישירות בחלקיקים רגילים, וזה מעלה את האפשרות לגילוי שלהם.
אבל כמובן שדברים הם אף פעם לא פשוטים, ולכל ההשערות האלה יש להוסיף עוד מרכיבים. היות והשמש מסתובבת סביב מרכז הגלקסיה, זה אומר שהיא נעה ביחס להילת החומר האפל, ומהכיוון שאליו היא נעה אמור להגיע יותר חומר אפל. אבל גם כדה"א מסתובב סביב השמש, ולכן בתקופות שונות בשנה הוא זז במהירות שונה ביחס לחומר האפל; בתקופה בה כיוון התנועה שלו מקביל לכיוון התנועה של השמש (שיוצאת בקיץ) הוא יזוז מהר יותר ביחס לחומר האפל (ולכן יחלוף על פני יותר חלקיקי חומר אפל ויגדיל את הסיכוי לניסויים שמנסים לאתר חומר אפל לעשות זאת). כמה ניסויים למציאת חומר אפל מתבססים על ההנחה הזו, ושניים מהם אף דיווחו שהתוצאות שלהם מתאימות למה שמצפים.
אולם כעת ישנה קבוצה של חוקרים שטוענת שהמשיכה של השמש, שהוזנחה עד כה, יכולה לשנות את התוצאות, ובעיקר לשנות את הזמנים בהם אנחנו צריכים לצפות לשיא ושפל במעבר החומר האפל, ולהזיז את השיא מהראשון ביוני לכוון הראשון במרץ, כאשר עד כמה משיכת השמש תשפיע על התוצאות תלוי במסה במהירות של החלקיקים (דבר שכלל אינו ידוע). המשמעות העיקרית של המחקר הזה היא לאפשר לתחום בצורה טובה יותר את המהירויות והמסות האפשריות של חלקיקי חומר אפל, אבל גם זו התקדמות (ובמדע נדיר שדברים מתקדמים בקפיצות גדולות - בד"כ זה תהליך ארוך וכולל הרבה גישושים ותהיות).