צללים קוסמיים: אסטרונומים חושפים את תפקידו של החומר האפל באבולוציה של הגלקסיה

החומר האפל מהווה כ-85% מכלל החומר של היקום. בניגוד לחומר רגיל, שמקיים אינטראקציה עם האור באמצעות בליעה, השתקפות ופליטות, החומר האפל נותר בלתי נראה, ומציב אתגרים בפני ההתבוננות הישירה שלו. נוכחותו נגזרת באמצעות ההשפעה הכבידתית שהוא מפעיל על חומר גלוי, כגון כוכבים, כוכבי לכת וגרמי שמים שונים.

גלקסיות מורכבות משני סוגי החומרים הללו: חומר אפל המופץ בהילות, שהן מבנים ענקיים המקיפים גלקסיות, וחומר רגיל שנמצא בעיקר באזורים המרכזיים שבהם נמצאים רוב הכוכבים.

באופן מסורתי מחקרים תצפיתיים של אבולוציה גלקטית התרכזו בתפקידו של חומר רגיל, למרות שזהו חלק די קטן מהמסה של גלקסיה. במשך עשרות שנים היו תחזיות תיאורטיות לגבי ההשפעה שצריכה להיות לחומר אפל על התפתחות הגלקסיות. עם זאת, למרות מאמצים רבים, אין הסכמה ברורה לגבי זה.

פריצת דרך בחקר החומר האפל

כעת, מחקר בראשות צוות ב-IAC הצליח לאשר, לראשונה באמצעות תצפיות, את השפעת החומר האפל על התפתחות הגלקסיות. "לחומר האפל יש השפעה ברורה על גלקסיות כי אנחנו יכולים למדוד אותו, אבל ההשפעה על התפתחות הגלקסיות שמצאנו היא משהו שהוצע, למרות שלא הייתה לנו טכניקה לחקור אותו מבחינה תצפיתית" מסבירה לורה שולץ דיאז, חוקרת קדם-דוקטורט ב-IAC ומחברת הראשונה של המאמר.

כדי לחקור את השפעת החומר האפל, הצוות התרכז בהבדל בין מסת הכוכבים בגלקסיה, לבין המסה שניתן להסיק מסיבובו, הנקראת המסה הדינמית הכוללת. המחקר הראה כי הגילאים, תכולת המתכות, המורפולוגיה, התנע הזוויתי וקצב היווצרות הכוכבים תלויים לא רק במסה של אותם כוכבים, אלא גם במסה הכוללת, ומשמעות הדבר היא כולל החומר האפל. רכיב המתאים להערכות של מסת ההילה.

"ראינו שבגלקסיות עם מסות שוות של כוכבים, אוכלוסיות הכוכבים שלהן מתנהגות בצורה שונה, תלוי אם בהילה יש יותר חומר אפל או פחות, במילים אחרות, התפתחותה של גלקסיה, מהיווצרותה ועד לשינוי הזמן הנוכחי. על ידי ההילה שבה הוא נמצא. אם יש לה הילה מסיבית יותר או פחות, התפתחות הגלקסיה לאורך זמן תהיה שונה, וזה יבוא לידי ביטוי בתכונות הכוכבים שהיא מכילה" מוסיף איגנסיו מרטין נבארו, חוקר IAC שהוא שותף- מחבר המאמר.

כיווני מחקר עתידיים

בעתיד, הצוות מתכנן לבצע מדידות של אוכלוסיות כוכבים במרחקים שונים ממרכז הגלקסיה, ולהראות אם התלות הזו בהילת החומר האפל של תכונות הכוכבים נשמרת בכל הרדיוסים. השלב הבא במחקר יאפשר לחקור את הקשר בין הילות החומר האפל לבין המבנה בקנה מידה גדול של היקום.

"הילות החומר האפל הללו אינן נוצרות לבדן, הן מחוברות על ידי חוטים המהווים חלק מהמבנה בקנה מידה גדול, הנקרא 'הרשת הקוסמית'", אומר שולץ. "נראה שהמסה של ההילה משנה את התכונה של הגלקסיה שלה, אבל היא יכולה להיות תוצאה של המיקום שבו תופסת כל הילה בתוך הרשת הקוסמית. בשנים הקרובות אנחנו רוצים לראות את ההשפעה של המבנה בקנה מידה גדול זה בהקשר שאנו לומדים", היא מסבירה.

מחקר זה מבוסס על 260 גלקסיות של קליפא (אזור שדה אינטגרלי של Calar Alto Legacy) פרויקט בינלאומי שבו ה-IAC משתתף באופן פעיל בתיאום של Jesús Falcón Barroso, מחבר נוסף של המאמר. "הסקר הזה נותן מידע ספקטרלי, ונותן כיסוי מרחבי חסר תקדים של גלקסיות", הוא אומר. "גלקסיות אלו נצפו בתצורה ברזולוציה גבוהה, כדי לקבל מדידות מפורטות של התכונות הקינמטיות שלהן, שאפשרו לנו לחקור את תנועות הכוכבים בצורה מדויקת מאוד, וכך להסיק את סך המסות של הגלקסיות."