העסק העיקרי של גלקסיה הוא היווצרות כוכבים. וכשהם צעירים, כמו נוער בכל מקום, הם מעסיקים את עצמם בזה. אבל גלקסיות מזדקנות, מתפתחות וחוות האטה בקצב היווצרות הכוכבים שלהן. בסופו של דבר, גלקסיות מפסיקות ליצור כוכבים חדשים לחלוטין, ואסטרונומים קוראים לזה כיבוי. הם לומדים מרווה במשך עשרות שנים, אבל הרבה על זה נשאר בגדר תעלומה.
מחקר חדש המבוסס על IllustrisTNG הדמיות מצאו קשר בין כיבוי הגלקסיה לגודל הכוכבים שלה.
לפני כ-10 מיליארד שנים, היקום היה במה שקוסמולוגים מכנים 'הצהריים הקוסמיים'. זה היה כשהיווצרות כוכבים בגלקסיות הגיעה לשיא. איך ולמה גלקסיות מפסיקות ליצור כוכבים מאז הייתה מסתורית.
במאמר חדש שכותרתו ' MOSEL ו-IllustrisTNG: גלקסיות מסיביות מורחבות ב-z = 2 כיבוי מאוחר מגלקסיות בגודל רגיל ,' צוות חוקרים רצה לבחון מרווה. המחבר הראשי של המחקר הוא ד'ר אנשו גופטה מאוסטרליה ARC Center of Excellence in All Sky Astrophysics in 3 Dimensions (ASTRO 3D). המאמר יפורסם ב-The Astrophysical Journal.
'יש תקופה בחיי היקום המכונה 'הצהריים הקוסמי', שהתרחשה לפני כ-10 מיליארד שנים', אמר ד'ר גופטה ב- ידיעה לתקשורת . 'זה היה כאשר היווצרות כוכבים בגלקסיות מסיביות הייתה בשיאה. לאחר מכן, הגז ברוב הגלקסיות הללו התחמם - בין השאר בגלל החורים השחורים שבאמצען - והן הפסיקו ליצור כוכבים'.
קרדיט תמונה: Gupta et al, 2021.
בצהריים הקוסמיים גם הגלקסיות מפתחות את המאפיינים שאנו רואים כיום: דיסק מסתובב רגיל ובליטות, למשל. זה היה גם כאשר אוכלוסייה של גלקסיות מתות, או גלקסיות כבויות, החלה להופיע. משהו התרחש.
הצהריים הקוסמיים לא היו רק תקופה של שיא היווצרות כוכבים. זו הייתה גם תקופה של שיא הצטברות החור השחור. כשהחורים השחורים במרכז הגלקסיות גדלו מסיביים יותר, הם משכו אליהם את הגז של הגלקסיה, דוחסים ומחממים את הגז. אבל כוכבים צריכים גז קר כדי להיווצר; גז חם מסרב להתלכד ולמוטט לכוכב.
אבל אפקט הדחיסה והחימום הזה לא שלטו בכל הגלקסיות. עבור גלקסיה נפוחה יותר וצפופה פחות עם יותר מרווח בין כוכבים, לחורים השחורים לא הייתה אותה השפעה. הם לא יכלו להגיע למספיק מהגז כדי לכבות את היווצרות הכוכבים.
'בגלקסיות שהן ממש ממש מתוחות, לעומת זאת, גילינו שדברים לא התחממו כל כך והחורים השחורים לא השפיעו כל כך הרבה, אז כוכבים המשיכו להיווצר לאורך תקופה ארוכה יותר.'
צוות החוקרים התמקד במה שמכונה הדיסק הגלקטי. הדיסק הגלקטי הוא אזור עגול פחוס המקיף את הגרעין, והוא מכיל כוכבים, גז ואבק. אם הדיסק הזה פרוש במקום קומפקטי, אז היווצרות הכוכבים נמשכת, והכיבוי מתעכב.
'במקום שבו הכוכבים בדיסק מפוזרים באופן נרחב - אפשר לקרוא לזה 'נפוח' - הגז נשאר קריר יותר, ולכן ממשיך להתלכד תחת כוח הכבידה ויוצר כוכבים חדשים', אמר ד'ר גופטה. 'בגלקסיות עם דיסקים קומפקטיים יותר, הגז מתחמם די מהר ועד מהרה הוא אנרגטי מכדי להתרסק יחד, כך שהיווצרות הכוכבים מסתיימת מיד אחרי הצהריים הקוסמיים. דיסקים נפוחים ממשיכים לעבוד הרבה יותר זמן, נגיד לגבי תה אחר הצהריים קוסמי.'
נתון זה מהמחקר עוזר להסביר את התוצאות. משמאל יש גלקסיות מסיביות רגילות, מימין הגלקסיות המורחבות או ה'נפוחות' בהדמיית TNG. כפי שצוין על הפסים העליונים, גלקסיות מסיביות רגילות לא ראו שינוי בגודל הכוכב החציוני שלהן עד בסביבות z~2.5. אבל גלקסיות מסיביות מורחבות ראו עלייה מתמדת בגדלים שלהן בין z~2 ל-4. קרדיט תמונה: Gupta et al, 2021.
המחקר שלהם מצא שעד z=1, רק 36% מהגלקסיות המסיביות המורחבות נכבו, בעוד ש-69% מהגלקסיות המסיביות בגודל נורמלי יותר נכבו. ב-z=2 עד 4, הם מצאו ש'...גלקסיות מסיביות בגודל נורמלי בונות את מסת הכוכבים המרכזית שלהן ללא עלייה משמעותית בגודל הכוכבים שלהן.' אבל עבור גלקסיות מסיביות מורחבות, מסת הכוכבים שלהן כמעט הוכפלה.
מחקר זה הסתמך הן על תצפיות והן על סימולציות.
הדמיות IllustrisTNG היו מאמץ שאפתני שכלל בעיקר מדענים גרמנים ואמריקאים. אתר IllustrisTNG מתאר את המאמץ בצורה הטובה ביותר: 'כל סימולציה ב-IllustrisTNG מפתחת חלק גדול של יקום מדומה מרגע לאחר המפץ הגדול ועד היום תוך התחשבות במגוון רחב של תהליכים פיזיקליים המניעים את היווצרות הגלקסיות. ניתן להשתמש בסימולציות כדי ללמוד מגוון רחב של נושאים סביב האופן שבו היקום - והגלקסיות שבתוכו - התפתחו עם הזמן'.
אז מה המשמעות של התוצאות הללו? 'משמעות התוצאות היא שלראשונה הצלחנו לבסס קשר בין גודל דיסק ליצירת כוכבים. אז עכשיו אסטרונומים יוכלו להסתכל על כל גלקסיה ביקום ולחזות במדויק מתי היא תפסיק ליצור כוכבים - רק אחרי ארוחת הצהריים, או מאוחר יותר אחר הצהריים הקוסמי'.
שביל החלב הוא הבית של האנושות. איפה הגלקסיה שלנו משתלבת בכל זה? שביל החלב הוא פורח מאוחר, כפי שמתברר. זה היה כאן בצהריים קוסמית, אבל זה עדיין היה קטן מאוד וללא מסיבי בעליל. באותה נקודת זמן, הייתה לו רק עשירית ממסת הכוכבים שיש לו כעת. זה גדל יותר מאסיבי עם הזמן, בזכות מיזוגים . עכשיו זו גלקסיה עצומה, אבל היא עדיין מייצרת כוכבים.
עומד ליד שביל החלב. קרדיט: פ. הוראלק/ESO
אז איפה אנחנו עכשיו בטיימר היום הקוסמי-גלקטי? 'הצהריים הקוסמיים היו לפני זמן רב', אמר ד'ר גופטה. 'הייתי אומר שבינתיים היקום הגיע לערב קוסמי. זה עדיין לא שעת לילה, אבל העניינים בהחלט האטו'.
הצוות שמאחורי מחקר זה שילב את הדמיות IllustrisTNG עם תצפיות מסקר קו הפליטה הספקטרוסקופי הרב-אובייקטי (MOSEL). MOSEL הסתמכה על טלסקופ החלל האבל ועל ה-W.M. מצפה הכוכבים של קק. הצוות כלל מדענים מבריטניה, גרמניה, מקסיקו, ארה'ב ואוסטרליה.