חלק עתיק משביל החלב ישן בהרבה ממה שהכרנו אי פעם

שביל החלב במבט מהצד. (Stefan Payne-Wardenaar/MPIA)

שביל החלב ישן יותר ממה שאסטרונומים חשבו, או חלק ממנו. מחקר חדש שפורסם מראה שחלק מהדיסק מבוגר בשני מיליארד שנה ממה שחשבנו.

האזור, שנקרא הדיסק העבה, החל להיווצר רק 0.8 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול .

זוג אסטרונומים חיברו את ההיסטוריה של שביל החלב ביתר פירוט מאי פעם. התוצאות שלהם מבוססות על נתונים מפורטים ממשימת גאיה של ה-ESA ושל סין טלסקופ ספקטרוסקופי סיבים רב-אובייקטים גדול באזור שמיים (LAMOST). המפתח לגילוי זה טמון ב כוכבים ענקיים .



העיתון הוא ' תמונה פתורה בזמן של היסטוריית ההיווצרות המוקדמת של שביל החלב שלנו ,' וזה מקוון ביומן טֶבַע . המחברים הם מאושנג שיאנג והנס-וולטר ריקס, שניהם ממכון מקס-פלנק לאסטרונומיה (MPIA).

אחד הדברים שהכי קשה לקבוע לגבי כוכב הוא גילו. הרכב הכוכב, או המתכתיות, הוא המפתח למציאת גילו. ככל שהאסטרונומים יכולים למדוד את המתכת בצורה מדויקת יותר, כך הם יכולים לקבוע את גילה בצורה מדויקת יותר.

היקום המוקדם הכיל מימן והליום כמעט אך ורק. יסודות כבדים יותר ממימן והליום מיוצרים בכוכבים ומתפשטים אל היקום כאשר הכוכבים הללו מתים ומתפוצצים. אסטרונומים קוראים לכל יסוד כבד יותר משני היסודות הקדמוניים 'מתכות'.

נוף קצה של שביל החלב. (Stefan Payne-Wardenaar/MPIA)

כוכבים בעלי מתכתיות נמוכה יותר הם ישנים יותר מכיוון שהם נוצרו כאשר היו זמינים בעיקר מימן והליום. אז כאשר אסטרונומים מזהים אוכלוסיית כוכבים המכילה בעיקר מימן והליום, הם יודעים שהכוכבים האלה מבוגרים יותר. כשהם מוצאים אוכלוסייה של כוכבים עם פרופורציות גבוהות יותר של מתכות, הם יודעים שהכוכבים האלה חייבים להיות צעירים יותר.

מדידות גיל מדויקות הן הגביע הקדוש בהיבטים מסוימים של האסטרונומיה, וזה נכון במקרה זה. שיאנג וריקס השתמשו ביותר מסתם מתכתיות כדי לקבוע את גילאי הכוכבים. הם התמקדו בסוג מסוים של כוכבים: תת-ענקים.

שלב התת-ענק בחייו של כוכב הוא קצר יחסית, ולכן אסטרונומים יכולים לקבוע את גילו של כוכב בצורה המדויקת ביותר כאשר הוא תת-ענק. תת-ענקים עוברים לענקים אדומים ואינם מייצרים עוד אנרגיה בליבותיהם. במקום זאת, היתוך עבר לקליפה סביב הליבה.

במחקר זה, צמד המדענים השתמשו בנתוני LAMOST כדי לקבוע את המתכתיות של כ-250,000 כוכבים בחלקים שונים של שביל החלב. הם השתמשו גם בנתוני Gaia שנותנים את נתוני המיקום והבהירות המדויקים של כ-1.5 מיליארד כוכבים.

משימת Gaia של ה-ESA אחראית להגברת הדיוק במחקר זה ורבים אחרים. לפני גאיה, אסטרונומים עבדו באופן שגרתי עם אי-ודאות של גיל כוכבים בין 20 ל-40 אחוזים. זה אומר שהגילאים יכולים לרדת במיליארד שנים, וזה הרבה.

אבל גאיה שינתה את כל זה. שחרור הנתונים הנוכחי מהמשימה הוא Gaia EDR 3 או Early Data Release 3, וזהו שיפור עצום. EDR3 נותן מיקומי תלת מימד מדויקים של למעלה מ-330,000 כוכבים. זה גם נותן מדידות דיוק גבוה של תנועות הכוכבים בחלל.

החוקרים השתמשו בכל הנתונים הללו מ- Gaia ו- LAMOST והשוו אותם למודלים ידועים של פרמטרים כוכביים כדי לקבוע את הגילאים של תת-הענקים בדיוק רב יותר. 'עם נתוני הבהירות של גאיה, אנו מסוגלים לקבוע את גילו של כוכב תת-ענק עד כמה אחוזים', אמר מאושנג.

תת-הענקים מפוזרים בחלקים השונים של שביל החלב, ומאפשרים לחוקרים לחבר את הגילאים של המרכיבים האחרים ולבנות ציר זמן של ההיסטוריה של שביל החלב.

המחקר מראה שני שלבים נפרדים בהיסטוריה של הגלקסיה שלנו. השלב הראשון החל 0.8 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול, כאשר הדיסק העבה החל ליצור כוכבים. גם האזורים הפנימיים של ההילה הגלקטית החלו להתפתח.

שני מיליארד שנים לאחר מכן, מיזוג הניע את היווצרות הכוכבים בדיסק העבה להשלמה. גלקסיה ננסית בשם גאיה-נקניקייה-אנצלדוס התמזג עם שביל החלב.

הגלקסיה הננסית גאיה-נקניק-אנצלדוס (GSE) אינה מעוצבת כמו נקניק. הוא מקבל את שמו מציור הכוכבים שלו על תרשים מהירות, שבו מסלוליהם מוארכים מאוד. כאשר GSE התמזג עם שביל החלב, הוא עזר ליצור את הדיסק העבה, והגז שהגיע איתה תדלק את היווצרות הכוכבים בחלק זה של הגלקסיה.

המיזוג גם מילא את הילה של שביל החלב בכוכבים. אסטרונומים חושבים על הצביר הכדורי NGC 2808 יכול להיות הליבה של נקניק גאיה. NGC 2808 הוא אחד מהצבירים הכדוריים המסיביים ביותר בשביל החלב.

היווצרות הכוכבים שהופעלה בדיסק העבה על ידי ה-GSE נמשכה כ-4 מיליארד שנים. כ-6 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול, כל הגז אוזל. במהלך אותה תקופה עלתה המתכתיות של הדיסק העבה ביותר מפקטור של עשרה.

המחקר מצא גם מתאם הדוק מאוד בין המתכתיות לגילאי הכוכבים בכל הדיסק. זה אומר שהגז שהגיע עם ה-GSE כנראה היה סוער, מה שגרם לו להתערבב בצורה יסודית יותר בדיסק.

אסטרונומים גילו רק לאחרונה את מיזוג GSE בשנת 2018. תגליות דומות עיצבו את הבנתנו את ההיסטוריה של שביל החלב, וציר הזמן ההתפתחותי של הגלקסיה הולך ומתברר. מחקר חדש זה נותן לנו דין וחשבון מפורט יותר.

'מאז גילוי המיזוג העתיק עם גאיה-נקניק-אנצלדוס, בשנת 2018, אסטרונומים חשדו ששביל החלב כבר היה שם לפני היווצרות ההילה, אבל לא הייתה לנו תמונה ברורה של איך נראה שביל החלב הזה, ' אומר מאושנג.

'התוצאות שלנו מספקות פרטים מעולים על החלק הזה של שביל החלב, כמו יום הולדתו, שיעור היווצרות הכוכבים וההיסטוריה של העשרת המתכות שלו. חיבור התגליות הללו באמצעות נתוני גאיה מחולל מהפכה בתמונה שלנו לגבי מתי ואיך הגלקסיה שלנו נוצרה.'

בשנים האחרונות גילו אסטרונומים פרטים נוספים על שביל החלב. אבל זה מאתגר למפות את המבנה שלו כי אנחנו באמצע. משימת גאיה של ESA היא הקטלוג הטוב ביותר שלנו עד כה של הכוכבים בשביל החלב. וכל שחרור נתונים הולך ומשתפר.

'עם כל ניתוח ושחרור נתונים חדשים, גאיה מאפשרת לנו לחבר את ההיסטוריה של הגלקסיה שלנו בפירוט עוד יותר חסר תקדים. עם שחרורו של Gaia DR3 ביוני, אסטרונומים יוכלו להעשיר את הסיפור עם פרטים נוספים', אומר טימו פרוסטי, מדען פרויקט גאיה עבור ESA.

משימת גאיה היא חיונית, אבל תצפיות על גלקסיות אחרות כמו שביל החלב גם נותנות לאסטרונומים תובנות לגבי המבנה וההיסטוריה של שביל החלב. אבל התבוננות בגלקסיות רק שני מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול היא קשה. זה דורש טלסקופים אינפרא אדום חזקים. למרבה המזל, טלסקופ חלל אינפרא אדום אחד, המיוחל לו זמן רב, עומד להתחיל בתצפיות בקרוב.

לטלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) יש את הכוח להסתכל אחורה בזמן לשנים הראשונות של היקום. הוא יוכל לראות את הגלקסיות המוקדמות ביותר דמויות שביל החלב ביקום.

אסטרונומים רוצים לדעת יותר על מיזוג GSE וכיצד הוא הוביל להיווצרות כוכבים ועיצב את הדיסק העבה של הגלקסיה שלנו רק שני מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול. תצפיות JWST של עתיקות, גלקסיות בהיסט לאדום גבוה דומה לשביל החלב יכול לעזור לענות על כמה שאלות ולמלא היסטוריה גלקטית מפורטת יותר.

וביוני, ה-ESA תשחרר את מהדורת הנתונים השלישית המלאה של גאיה, הנקראת DR3. קטלוג DR3 יכיל גילאים, מתכתיות וספקטרום של למעלה מ-7 מיליון כוכבים. DR3 וה-JWST יהיו שילוב חזק.

מה יגידו לנו כל הנתונים האלה? ככל שהיקום מתפתח, גלקסיות חייבות לאכול או להיאכל. כוח הכבידה מקרב גלקסיות יחד, אבל היקום מתרחב גם בזכות אנרגיה שחורה , והאנרגיה האפלה מרחיקה את הגלקסיות. אז גלקסיות נוטות להתקבץ יחד לקבוצות. שביל החלב הוא חלק מה- קבוצה מקומית .

הקבוצות נשארות קוהרנטיות פנימיות בגלל כוח המשיכה המשולב של הגלקסיות, אבל הקבוצות נסחפות אחת מהשנייה בגלל התפשטות. בסופו של דבר, הגלקסיות הגדולות בקבוצה צורכות את הקטנות יותר.

שביל החלב כילה את ה-GSE והצבירים הכדוריים. והוא מכלה את הענן המגלן הגדול, שמכלה את שכנו הקטן עוד יותר, הענן המגלן הקטן.

בסופו של דבר, ה שביל החלב יצרוך את שניהם , ולאחר מכן בעוד כ-4.5 מיליארד שנים, הוא יתמזג עם גלקסיית אנדרומדה הגדולה עוד יותר, חברה נוספת בקבוצה המקומית.

זה מצב מוזר מכיוון שעתידו של שביל החלב עשוי להיות קל יותר להבחין מעברו. זו החידה של יקום מתרחב: הראיות שאנו מחפשים ממשיכות להתרחק מאיתנו, אבודות לזמן ולמרחק.

אבל ל-JWST ול-Gaia DR3 יש פוטנציאל להפוך את השולחן על היקום המתרחב. יחד הם יכולים לשפוך אור נוסף על ההיסטוריה של שביל החלב ועל הפרטים של מיזוג גלקסיות באופן כללי. אני מקווה שבסופו של דבר נקבל ציר זמן היסטורי הרבה יותר יסודי.

מאמר זה פורסם במקור על ידי היקום היום . קרא את המקור מאמר .

אודותינו

פרסום עובדות עצמאיות ומוכחות של דיווחים על בריאות, מרחב, טבע, טכנולוגיה וסביבה.