לפעמים, ניתן להסיר כוכבים מצבירים כדוריים כשהם מקיפים גלקסיה מסיבית. חוקרים זיהו כמה מקרים בגלקסיית שביל החלב שלנו – והם גם הבחינו בפערים בין הקנוקנות המתגלגלות הללו. מה גרם לפערים האלה? אפשרות אחת: חומר המכונה חומר אפל. לאחר שיגורו של טלסקופ החלל הרומי של ננסי גרייס, אסטרונומים ישתמשו בתמונות האדירות העצומות שלו כדי לזהות זרמי גאות רבים נוספים – ואולי גם את הפערים הנלווים אליהם – בגלקסיות סמוכות בפעם הראשונה. מועמד ראשי הוא שכנתנו, גלקסיית אנדרומדה, המופיעה באיור למעלה. בקרוב, לא רק שהחוקרים יוכלו לזהות זרמי גאות ושפל באנדרומדה, הם גם יוכלו להשתמש ברזולוציה העדינה של רומן כדי לאתר תכונות נוספות של החומר המסתורי הזה. קרדיט: נאס"א, ג'וזף אולמסטד (STScI)
נאס"אשל טלסקופ החלל הרומי ישתמש בהדמיה ברזולוציה גבוהה כדי לחקור חומר אפל על ידי ניתוח זרמי כוכבים בגלקסיית אנדרומדה, מתן תובנות חדשות לגבי התפקיד הקוסמי ותכונותיו של החומר האפל.
כמה מהפרטים הקטנים והקטנים ביותר ביקום – הפערים בין קבוצות מוארכות של כוכבים – עשויים לעזור בקרוב לאסטרונומים לחשוף חומר אפל בפירוט רב יותר מאי פעם. לאחר שיגור טלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס של נאס"א, עד מאי 2027, החוקרים ישתמשו בתמונות שלו כדי לחקור מה קיים בין קנוקנות לולאות של כוכבים שנשלפים מצבירים כדוריים. באופן ספציפי, הם יתמקדו בזרמי הגאות והשפל מצבירים כדוריים המקיפים את גלקסיית אנדרומדה השכנה שלנו. המטרה שלהם היא לאתר מספר רב יותר של דוגמאות לזרמי גאות ושפל אלה, לבחון פערים בין הכוכבים ולקבוע באופן אידיאלי תכונות קונקרטיות של החומר האפל.
זרמי צבירים כדוריים הם כמו סרטים המתנופפים בקוסמוס, הן מובילות והן נגררות אחרי הצבירים הכדוריים היכן שמקורם במסלוליהם. האורך שלהם אצלנו שביל החלב הגלקסיות משתנות מאוד. זרמי כוכבים קצרים מאוד הם צעירים יחסית, בעוד אלו העוטפים לחלוטין את הגלקסיה עשויים להיות מבוגרים כמעט כמו היקום. זרם עטוף במלואו סביב גלקסיית אנדרומדה יכול להיות באורך של יותר מ-300,000 שנות אור אך רוחבו פחות מ-3,000 שנות אור.
פריצות דרך בהדמיה ותצפית מתקדמות
עם רומן, אסטרונומים יוכלו לחפש בגלקסיות סמוכות אחר זרמי כוכבים של צביר כדורי בפעם הראשונה. למכשיר השדה הרחב של רומן 18 גלאים שייצרו תמונות פי 200 מהגודל טלסקופ החלל האבלהמצלמה הקרובה לאינפרא אדום של – ברזולוציה מעט יותר גדולה.
טביעת הרגל העצומה של מכשיר השדה הרחב של טלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס הקרובה מראה כמה המצלמה שלו יכולה לצפות בתמונה אחת. (למכשיר השדה הרחב יש 18 גלאים מרובעים.) בתוך טביעת הרגל הזו יש תמונה רומאית מדומה. הרקע הוא תמונה מבוססת קרקע של הדיסק הראשי של גלקסיית אנדרומדה מתוך סקר השמים הדיגיטלי. תמונה של הירח המלא ממסלול סיור הירח של נאס"א מסופקת לקנה מידה. לאנדרומדה קוטר של כ-3 מעלות בשמיים, בעוד שהירח הוא בקוטר של כ-0.5 מעלות. (במציאות, הירח קטן בהרבה מאנדרומדה, אבל הוא גם הרבה יותר קרוב.) טביעת הרגל של מכשיר השדה הרחב לוכדת 0.28 מעלות מרובע של השמים בצילום בודד. אנדרומדה היא גלקסיה ספירלית שדומה בגודלה ובמבנהה לגלקסיית שביל החלב שלנו, אך היא מסיבית יותר. הוא ממוקם במרחק של כ-2.5 מיליון שנות אור מכדור הארץ. קרדיט: תמונה: נאס"א, נאס"א-GSFC, ASU, רוברט גנדלר DSS; סימולציה: נאס"א, STScI, בנג'מין פ. וויליאמס (UWashington)
"רומן יוכל לצלם תמונת מצב ענקית של גלקסיית אנדרומדה, מה שפשוט לא אפשרי עם אף טלסקופ אחר", שיתף כריסטיאן אגנזה, המחבר הראשי של מחקר שנערך לאחרונה כתב עת אסטרופיזי מאמר בנושא זה ופוסט דוקטורט באוניברסיטת סטנפורד בקליפורניה. "אנחנו גם משערים שרומן יוכל לזהות כוכבים בנפרד."
תארו לעצמכם את התוצאות: התמונות העצומות והמפורטות להפליא של רומן יאפשרו לחוקרים לזהות בקלות דוגמאות רבות של זרמי צביר כדוריים באנדרומדה. עד כה, אסטרונומים המשתמשים בטלסקופים קיימים בחלל ובקרקע הוגבלו לחקור מספר קטן מעט יותר של זרמי צביר כדוריים בתוך שביל החלב שלנו.
האם חומר אפל בין הכוכבים?
עדיין לא ניתן לצפות בחומר אפל, שרבים מניחים שהוא חלקיק, מכיוון שהוא אינו פולט, מחזיר, נשבר או סופג אור. אם אנחנו לא יכולים לראות את זה, איך נדע שזה שם? "אנו רואים את השפעת החומר האפל על גלקסיות," הבהירה אגנזה. "לדוגמה, כאשר אנו מדגים כיצד גלקסיות מסתובבות, אנו זקוקים למסה נוספת כדי להסביר את הסיבוב שלהן. חומר אפל עשוי לספק את המסה החסרה הזו."
כל הגלקסיות, כולל שביל החלב, מוקפות בהילה של חומר אפל. ככל שאסטרונומים ללקט יותר על טבעו של החומר האפל, הם עשויים למצוא ראיות לכך שהילה של גלקסיה עשויה להכיל גם מספר רב של תת-הילות קטנות יותר של חומר אפל, אשר נחזות על ידי מודלים. "הילות אלה הן כנראה כדוריות בערך, אבל הצפיפות שלהן, הגדלים שלהן ואפילו אם הן קיימות אינן ידועות כרגע", הסביר Tjitske Starkenburg, מחבר שותף ועוזר פרופסור למחקר ב- האוניברסיטה הצפון מערבית באוונסטון, אילינוי.
העתיד של המחקר הקוסמי
רומן יגדיר מחדש את החיפוש שלהם. "אנו מצפים שחומר אפל ייצור אינטראקציה עם זרמי צביר כדוריים. אם תת-הילות אלו קיימות בגלקסיות אחרות, אנו צופים כי נראה פערים בזרמים של צביר כדורי שכנראה נגרמים על ידי חומר אפל", המשיך סטארקנבורג. "זה ייתן לנו מידע חדש על חומר אפל, כולל אילו סוגי הילות חומר אפל קיימים ומה המסות שלהם."
אגנזה וסטרקנבורג מעריכים שרומן יספק ביעילות את הנתונים הדרושים להם בתוך גלקסיות סמוכות – שיידרשו בסך הכל שעה אחת בלבד – ושהתצפיות הללו עשויות להיקלט על ידי סקר אזורי רוחב רחב.
סטארקנבורג גם תסייע בהנחת היסודות לחקירה זו באמצעות תרומותיה לפרויקט אחר שנבחר לאחרונה למימון על ידי תוכנית מחקר ותמיכה להשתתפות בטלסקופ החלל הרומאי של נאנסי גרייס של נאס"א. "צוות זה מתכנן לדגמן כיצד צבירים כדוריים נוצרים לזרמים כוכביים על ידי פיתוח מסגרת תיאורטית הרבה יותר מפורטת", הסבירה. "נמשיך לחזות היכן מקורם של צבירים כדוריים היוצרים זרמים והאם ניתן יהיה לצפות בזרמים אלה עם רומן."
אגנזה מתרגשת גם מפרויקטים אחרים שיגיעו לרשת כרגע או בקרוב. "ה סוכנות החלל האירופיתמשימת אוקלידס כבר מתחילה לחקור את המבנה בקנה מידה גדול של היקום, מה שיעזור לנו ללמוד יותר על תפקידו של החומר האפל", אמר. "והמצפה של ורה סי רובין יסרוק בקרוב את שמי הלילה שוב ושוב עם מטרות דומות. הנתונים ממשימות אלו יהיו שימושיים להפליא בהגבלת הסימולציות שלנו בזמן שאנו מתכוננים לרומן."
טלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס, שנקרא לכבודו של האסטרונום הראשי הראשון של נאס"א ודמות מרכזית בפיתוח טלסקופ החלל האבל, מייצג התקדמות משמעותית במצפה כוכבים מבוססי חלל. טלסקופ זה, המתוכנן לשיגור באמצע שנות ה-20, נועד לחקור מגוון רחב של תופעות אסטרונומיות, החל מהמסתורין של אנרגיה אפלה וחומר אפל ועד אקסופלנט זיהוי וחקר רקע קוסמי אינפרא אדום. מצויד במראה ראשית באורך 2.4 מטר ובחבילת מכשירים מתוחכמים, לרבות מכשיר שדה רחב לסקרים בקנה מידה גדול ומכשיר קורונגרף להדמיה ישירה של כוכבי לכת אקסו-כוכבים, טלסקופ החלל הרומי שואף לבצע מחקר פורץ דרך על פני שטח עצום של השמים עם דיוק ועומק שאין כמותם במצפי הכוכבים הנוכחיים. משימתו היא להרחיב את הבנתנו את היקום, ולהמשיך את המורשת של חקירה וגילוי אסטרונומיים מפורטים.
