מֵידָע

מה יוצא מהגלקסיה שלנו?

מה יוצא מהגלקסיה שלנו?

בלילה בהיר ניתן להביט למעלה בשמי הלילה ולראות רצועת אור מעורפלת הנמתחת מאופק אחד למשנהו. מה שאתה רואה הוא הדיסק המרכזי של שביל החלב, תצורה מסיבית המורכבת מאבק, גז ומיליארדי כוכבים.

בהתבסס על תצפיות מודרניות מעריכים אסטרונומים כי שביל החלב מודד 150,000 ל 200,000 שנות אור בקוטר ומכיל בין 100 ו 400 מיליארד כוכבים. כוכבים אלה, כמו גם ענני אבק וגז ערפיליים, קשורים היטב סביב מרכז שביל החלב.

במאה האחרונה אסטרונומים גם הבינו שהגלקסיה שלנו היא רק אחת מני רבות ביקום הנצפה (ההערכות הנוכחיות טוענות שיכולות להיות 1 אוֹ 2 טריליון). עם זאת, אסטרונומים למדו הרבה על מה שנמצא בין גלקסיות גם בתקופה זו.

לרוב, המרחב הבין-גלקטי קרוב ככל שאפשר להגיע לוואקום מוחלט. למרות שאינם ריקים לחלוטין, אזורים אלה מתמלאים בדרך כלל בכמויות זעירות בלבד של אבק ופסולת הנמתחים כמו נימים מגלקסיה אחת לאחרת.

עם זאת, אסטרונומים גם הבינו שבמרחב שנמצא בין גלקסיות, יש גם הרבה עצמים שנבעטים מהגלקסיות על בסיס די קבוע.

אלה כוללים כוכבי לכת נוכלים, כוכבים נוכלים, ואולי אפילו כמה דברים מסיביים (עוד על כך בהמשך). קיומם של האובייקטים האקסטראלקטיים הללו הביא למימושים מעניינים למדי על היקום שלנו.

קצת היסטוריה קוסמית ...

על פי התיאוריות הקוסמולוגיות המקובלות ביותר, היקום החל עם המפץ הגדול בערך 13.8 מיליארד לפני שנים. כ- 100,000 שנה אחר כך נוצרו הכוכבים הראשונים ממימן קדום וגז הליום.

עם הזמן הכוכבים הללו החלו להתקבץ לאשכולות כוכבים גדולים וכדורים (המכונים גם אשכולות כדוריים). אלה נמשכו זה אל זה ויצרו את הגלקסיות הראשונות, שהחלו להופיע בערך מיליארד שנים אחרי המפץ הגדול (בערך 13 מיליארד לפני שנים).

בשלב זה נוצר מבנה היקף הגדול של היקום, שכלל אשכולות גלקסיה, צבירי-על וחוטים גדולים שחיברו ביניהם. לאחר שנולדו ומתו מספר דורות של כוכבים, התחילו להצטבר גם אלמנטים כבדים יותר.

הכוכבים הראשונים נוצרו ממימן והליום, אך ברגע שהם הפכו לסופרנובה, פוצצו מתכות שנוצרו בתוכם לחלל. כשישה או שבעה מיליארד שנה לאחר המפץ הגדול, היו מספיק יסודות אלה במדיום הבין כוכבי שהמערכות הפלנטריות החלו להיווצר.

כל אותה העת נולדו כוכבים חדשים, מערכות פלנטריות המשיכו להיווצר והתמזגות גלקטית המשיכו להתרחש. בהתחשב בחשיבותם לאבולוציה הקוסמית, אולי נדרש גם רקע קטן בנושא זה ...

מיזוגים גלקטיים

במשך דורות אסטרונומים הבינו כי במהלך ההיסטוריה הקוסמית התפתחו גלקסיות בתהליך המיזוג. זה גרם בהדרגה לגלקסיות ננסיות להתאחד וליצור גלקסיות אליפטיות, שהלכו והפכו לגלקסיות ספירליות (כמו שלנו).

בכל פעם שזה קרה, התוצאה הייתה קטסטרוליסטית למדי. זה היה מתחיל באזורים החיצוניים של הגלקסיות המתמזגות, שם זרועותיהם היו יוצרות קשר ויוחלפו כוכבים וענני אבק וגז.

בהדרגה הגלקסיות היו דוחפות זו את זו וריכוזים צפופים יותר של כוכבים יבואו במגע. זה יביא להרס מערכות כוכבים רבות באמצעות שיבושים בגאות, ואולי אפילו התנגשויות בין כוכבים.

מתישהו, האסטרונומים צופים כי גלקסיית שביל החלב תתנגש בשכנתה הקרובה ביותר, גלקסיית אנדרומדה (aka Messier 31). גלקסיה ספירלית מסיבית זו ממוקמת בערך 2.5 מיליון שנות אור משם והוא דומה בגודלו לשלנו.

מעניין לציין שגלקסיה זו מתקרבת לשביל החלב במהירות של בערך 482,800 קמ"ש (300,000 קמ"ש). בהתבסס על התצפיות האחרונות של ה- ESA מצפה הכוכבים גאיה, שממנו אסטרונומים הצליחו לצפות את התנועות העתידיות של שתי הגלקסיות שלנו, מיזוג זה מוערך בערך 4.5 מיליארד שנים מעכשיו.

למען הפרוטוקול, זהו מיליארד שנים ארוכות ממה שחשבו בעבר. איזו הקלה, הא? ובעוד שציוויליזציה כידוע היא עשויה להיות מתה מזמן בשלב זה, כל תרבויות שנמצאות בסביבה בשלב זה עשויות להזדקק ליצירתיות כדי להבטיח את הישרדותן.

ואז הם עשויים אפילו לא לשים לב. בעיקרון, התהליך ייקח מאות מיליוני שנים (או אפילו מיליארדי) שנים. ולדברי אסטרונומים, התהליך ככל הנראה יכלול חמישה שלבים.

בְּמַהֲלָך שלבאחד, שביל החלב ואנדרומדה ימשיכו להתקרב זה לזה ואנדרומדה תגדל ותבהיר בשמי הלילה. ב שלב שני, הם יהיו קרובים מספיק כדי שעננים מולקולריים ענקיים באזורים החיצוניים שלהם יתכווצו ויולידו כוכבים חדשים כחולים בוהקים ויצרו קבוצות כוכבים חדשות.

שלב שלישייכלול את דיסק האבק וכוכבים המאפיינים את הגלקסיה שלנו אנדרומדה יתחילו להתפרק. כאשר אנדרומדה תעבור מעבר לגלקסיה שלנו, השמיים יהפכו לבלגן מעורבב של אבק, גז וכוכבים צעירים ובהירים. בשלב זה רבים מהכוכבים המסיביים שזה עתה נוצרו יעברו לסופרנובה ויאירו את שמי הלילה.

ב שלב רביעי, 100 מיליון שנים אחרי שאנדרומדה תבצע את המעבר הראשון שלה, היא תתנודד לאחור ושתי הגלקסיות יתמזגו שוב. זה יגרום לדחיסת העננים המולקולריים שוב ותפעיל סיבוב נוסף של היווצרות כוכבים וסופרנובות. הרוחות שנוצרות מכך יפלחו הרבה מהגז והאבק שנותרו.

ב שלב חמישי, סוף סוף שתי הגלקסיות ימוזגו ויהוו גלקסיה אליפטית אחת (המכונה לעתים קרובות "מילקומדה"). כל עדות לכך ששביל החלב ואנדרומדה היו קיימות בעבר כגלקסיות נפרדות, ייעלמו.

התפלגות הכוכבים באנדרומדה ובשביל החלב פירושה שהסיכוי להתנגשויות ישירות בין מערכות כוכבים יהיה זניח. עם זאת, תהליך המיזוג עדיין יגרום לטלטלה מסיבית עקב כוחות הכבידה העצומים המעורבים.

ביסודו של דבר, בכל פעם שאשכולות כוכבים או גלקסיות מתמזגים, השפעת הכבידה תייצר כוחות גאות ושפל עצומים. זה גם יביא ליצירת גלי כבידה מסיביים (GWs) המפלשלים דרך הקוסמוס ומטלטלים את זמן החלל.

יתרה מכך, כאשר גלקסיות מסיביות במיוחד מתמזגות (מה שיהיה כאשר אנדרומדה ושביל החלב מתאחדות) מחליפים הרבה יותר מסתם גז, אבק וכוכבים. כפי שידעו אסטרונומים מאז שנות השבעים, בגלקסיות המסיביות ביותר יש חורים שחורים ענקיים (SMBH) במרכזיהם.

לכן כאשר גלקסיות מסיביות מתמזגות, כך גם החורים השחורים שבליבותיהם. גם כאן, שני הגופים המסיביים יעברו זה על זה, יקיפו זה את זה למשך תקופה מסוימת, ובסופו של דבר יחברו ויצרו SMBH יחיד.

כמו הגלקסיות עצמן, עד שיסיימו, לא יישארו עדויות לכך שהיו פעם נפרדות.

אז איך הדברים "הולכים נוכלים"?

במקרה של כוכבי לכת התהליך יחסית פשוט. זמן קצר לאחר שנולדו כוכבים והיוו מערכת של כוכבי לכת, טלטולים יכולים להתרחש כתוצאה מכל אינטראקציות הכבידה. טלטלות אלו יכולות אף להוביל לכוכב לכת אחד או יותר לבעיטה מתוך מערכת כוכבים.

מחקרים אחרונים מראים כי יתכן שזה קרה במערכת השמש בערך 4.5 מיליארד לפני שנים, מה שגרם לכמה מכוכבי הלכת שלנו להשתולל. כוכבי הלכת הללו היו הופכים לחלק מאוכלוסייה של מיליארדים שמקיפים את שביל החלב ישירות ואינם קשורים לכוכב מסוים.

אך במקרים מסוימים, כוכבי לכת עלולים להיות מושלכים ממערכת כוכבים בכוח מספיק כדי שהם יהיו אקסטרגלקטיים. עדויות לכוכבי לכת כאלה נחשפו לראשונה בשנת 2018 על ידי אסטרופיזיקאים שצפו בעקיפין באוכלוסייה של כ -2,000 כוכבי לכת בין שביל החלב לגלקסיה 3.8 מיליארד שנות אור רָחוֹק.

באשר לכוכבים, התהליך בו הם עוברים נוכלים הוא קצת יותר דרמטי. בחלק מהמקרים, כוחות הגאות והשפל הנגרמים על ידי מיזוג של שתי גלקסיות (וה- SMBH שבליבותיהן) יספיקו כדי להכריע את משיכת המשיכה השומרת על מערכות הכוכבים הכבולות בגלקסיהן.

כתוצאה מכך, הכוכבים הללו יוטלו מהגלקסיות המתמזגות וימצאו את עצמם במרחב הבין-גלקטי. האסטרונום ג'ק הילס היה הראשון שתיאוריה ש"כוכבים נוכלים "כאלה יכולים להתקיים בשנת 1988.

מאותה תקופה גילו אסטרונומים תגליות רבות המצביעות על כך שכוכבים נוכלים הם למעשה די נפוצים. בחלק מהמקרים, הם נמצאו בנסיעה במהירות של עשירית לשליש ממהירות האור (0.1 עד 0.33 ג).

לצורך התייחסות, האור נע במהירות קבועה של 299,792,458 מ 'לשנייה (1,079 מיליון קמ"ש; 670.6 מיליון קמ"ש). עושה מתמטיקה, כלומר הכוכבים האלה נעו במהירות של בערך 100 מיליון קמ"ש (67 מיליון קמ"ש) ל 360 מיליון קמ"ש (223 מיליון קמ"ש).

הכוכבים המהירים להפליא הללו אליהם קיבלו את הכוכבים hypervelocity (HVS), שהראשון שבהם נצפה בשנת 2005 על ידי אסטרונומים ממרכז הרווארד-סמיתסוניאן לאסטרופיזיקה (CfA).

בעוד שמיזוגים גלקטיים הם סיבה משכנעת לכך שכוכבים יסתערו וישיגו מהירויות יתר-מהירות, ישנם מנגנונים אפשריים אחרים להפלת עצמים שמימיים מהגלקסיות שלהם.

למשל, אסטרונומים ציינו כי לקשת A * (ה- SMBH שבמרכז הגלקסיה שלנו) יש כוכבים שמקיפים אותה באופן קבוע (כגון S2). בגלל כוחות הכבידה העזים המעורבים, ל- S2 מסלול אקסצנטרי מאוד והוא מאיץ במידה ניכרת כשהוא הכי קרוב לאופק האירועים של Sag A *.

בהתבסס על החישובים שבוצעו על ידי ג'ק הילס ומחקרים עדכניים יותר, אסטרונומים מצאו שאם מערכת בינארית תימשך על ידי כוח המשיכה של SMBH, בן לוויה אחד עלול להילכד בעוד שהשנייה נפלטת לגמרי מהגלקסיה.

למעשה, היו אלה החישובים המקוריים שביצע ג'ק הילס שהציעו חורים שחורים שכן 4 מיליון פעמים שמסת השמש שלנו תוכל לייצר את הכוח הדרוש לעשות זאת. אגב, הערכה של Sag A * היא בין בערך 4 ו 4.5 מיליארד מסות שמש.

בתצפיות אחרונות יותר נמצא כי חורים שחורים באמצע המסה (MMBH) - שמספרם עולה על תריסר השמש שלנו - יכולים לעשות את העבודה גם כן. במקרים אלה, הכוכבים היו יכולים להיפלט כתוצאה מכוכב אחד בזוג בינארי שהפך לסופרנובה ודחף את הכוכב השני החוצה מהגלקסיה.

אבל כאן הדברים באמת מעניינים. על פי כמה תצפיות ומחקרים תיאורטיים, כמה דברים מעניינים באמת מושלכים גם מהגלקסיה שלנו (ואחרים).

כוכבי לכת וכוכבים וחורים שחורים!

לסיכום, כוכבי לכת נבעטים מגלקסיות לעיתים קרובות יחסית וכוכבים של מפלגות יתר נפוצים גם הם. אבל מה עם מערכות שלמות, שבהן כוכבים וכוכבי הלכת שמקיפים אותם נבעטים מגלקסיות?

על פי חוקרים ממרכז הרווארד-סמית'סוניאן לאסטרופיזיקה (CfA) והמכון לתאוריה ומחשוב (ITC), יתכן לחלוטין שכוכבים שנפלטו מהגלקסיה שלנו יוכלו לשאת את המערכות הפלנטריות שלהם לנסיעה.

המשמעות היא שמערכות כוכבים שלמות יכולות לנוע מגלקסיה אחת לאחרת בחלק ממהירות האור. מסקרנת עוד יותר היא האפשרות שחלק מכוכבי הלכת הללו יוכלו להתאכלס, וכי הכוכבים שהם מקיפים יגיעו בסופו של דבר לגלקסיה אחרת.

מהבחינה הזו, כוכבי hypervelocity יכולים להיות דרך בה החיים מתפשטים ברחבי היקום. יתרה מכך, אותם חוקרים ציינו כי ישנם טריליוני כוכבים אלה ביקום שם, שרק מחכים להיחקר.

כפרופסור אברהם לואב, אחד ממחברי המחקר ציין:

"כוכבי לכת כבולים היטב יכולים להצטרף לכוכבים לנסיעה. הכוכבים המהירים ביותר עוברים מיליארדי שנות אור דרך היקום, ומציעים מסע קוסמי מרגש לציוויליזציות מחוץ לארץ. בעבר, אסטרונומים שקלו אפשרות להעביר חיים בין כוכבי לכת בתוך מערכת השמש ואולי דרך גלקסיית שביל החלב שלנו. אך אוכלוסיית כוכבים זו החזויה לאחרונה יכולה להעביר חיים בין גלקסיות ברחבי היקום כולו. "

נשמע די פריקי, הא? ובכן, זה נהיה אפילו יותר מטורף מזה! האפשרות הבאה כל כך עמוקה שהיא ראויה לקו משלה:

חורים שחורים סופר-מסיביים!

קראת נכון. על פי מחקרים שנערכו לאחרונה, אינטראקציות הגאות והשפל הנגרמות על ידי התנגשות גלקסיות יכולות להיות כה אינטנסיביות, עד שאפילו חורים שחורים סופר-מסיביים (SMBH) עלולים למצוא את עצמם נפלטים מגלקסיות ועוברים נוכלים - ובכך להיות חורים סופר-מסיביים סוררים (rSMBH).

בשנת 2018, אסטרונומים מהמצפה הלאומי לרדיו אסטרונומיה (NRAO) גילו את מה שהם סבורים שהוא rSMBH שמתרחק מהגלקסיה שלה. באמצעות נתונים ממצפה הרנטגן של צ'נדרה של נאס"א ומטלסקופים אחרים, הצוות הבחין בכך במרחב הבין-גלקטי בערך 3.9 מיליארד שנות אור מכדור הארץ.

בהתחשב במסת האובייקט (160 מיליון כפול ממסת השמש שלנו), כמו גם את חתימת הרנטגן הבהירה שלה, הצוות קבע כי עליו להיות SMBH או SMBH כפול. הם גם תיאטו כי סביר להניח שהיה חלק מגלקסיה אליפטית בעת ובעונה אחת.

מכיוון שהאובייקט הזה היה גדול פי 80 מסאג A *, הגלקסיה שהכילה אותו הייתה צריכה להיות מסיבית מאוד. יתרה מכך, כוח הכבידה האחראי להדיחתו בוודאי היה עצום באמת!

כל זה מוסיף משקל לתיאוריה כי האובייקט נפלט כתוצאה משתי גלקסיות מסיביות במיוחד. אפשר רק לדמיין את הכוחות האסטרונומיים (ללא משחק מילים) המעורבים. והמחשבה על משהו שמסיבי ועוצמתי עף בחלל ... בואו נהיה אסירי תודה שאנחנו לא בדרכו!

ביום מן הימים...

מה המשמעות של כל זה לחקר החלל? ובכן, יום אחד אולי נוכל לחקור כוכבים וכוכבי לכת אקסטרגלקטיים בפירוט, בדיוק באותו אופן שבו אנו מצפים לחקור כוכבי לכת חוץ-סולאריים בפירוט. מי יודע מה אנחנו עלולים למצוא?

בנוסף, אנו עשויים ללמוד מתישהו שהחיים כפי שאנו מכירים אותם (או המרכיבים הדרושים) הגיעו לגמרי מגלקסיה אחרת. למעשה, אולי יהיו לנו קרובי משפחה רחוקים החיים בגלקסיה במרחק של מיליארדי שנות אור שמביטים בכוכבים ותוהים אם יש חיים אינטליגנטים מעבר לעולמם.

באשר לכוכבי hypervelocity שנמצאים שם כרגע (ואכלסו כוכבי לכת שמקיפים אותם), אפשר רק לדמיין איך זה חייב להיות עבור יצורים אינטליגנטים הבוהים בשמי הלילה. בהנחה שהם מנהלים תיעוד מפורט, הם יבינו שהשמיים משתנים לאורך תקופות זמן ארוכות.

בחצי הכדור האחד הכוכבים נראים אדמדמים מכיוון שהם הולכים ומתרחקים. בשני, הם היו נראים כחולים (בלוזשיפט) מכיוון שהם מתקרבים. בסופו של דבר, לאנשים בחצי הכדור האחד תהיה מבט ברור על הגלקסיה שהם עזבו, ואילו אנשים באחרת היו מבינים שהגלקסיה בשמיים שלהם הולכת וגדלה לאט לאט.

וכפי שהסביר פרופסור לואב, אם איזו שלוחה של האנושות עדיין נמצאת בסביבות 4.5 מיליארד שנה, הם עלולים להסתיים בטרמפ על כוכב לכת שמקיף כוכב היפר-איכות:

"בעבר, אסטרונומים שקלו אפשרות להעביר חיים בין כוכבי לכת בתוך מערכת השמש ואולי דרך גלקסיית שביל החלב שלנו. אך אוכלוסיית כוכבים זו החזויה לאחרונה יכולה להעביר חיים בין גלקסיות ברחבי היקום כולו. צאצאינו עשויים לשקול לעלות על משפחה קרובה. פעם מערכת שביל החלב תתמזג עם הגלקסיה האחות שלה, אנדרומדה, בעוד כמה מיליארדי שנים. "

אם יש דבר אחד שלימד אותנו חקר היקום, הוא מונע על ידי כמה כוחות ממש טיטאניים. לכן אין זה מפתיע כי לעתים, כוכבי לכת, כוכבים ואפילו חורים שחורים יכולים להיזרק כמו כדורי ביליארד!

ועדיין, אי אפשר שלא להרגיש נדהם!

  • נאס"א - מסייר 31 (גלקסיית אנדרומדה)
  • ESA - גאיה מזהה כוכבים שעפים בין גלקסיות
  • נאס"א - הכוכב המהיר ביותר הועלה מהדרך החלבית
  • נאס"א - מדוע מיזוגים גלקטיים מסוימים מובילים לאבדון?
  • CfA - כוכבי Hypervelocity: גולים מהירים דרך שביל החלב
  • נאס"א - האבל חושף זיקוקי כוכבים נלווים להתנגשות גלקסי
  • MNRAS - "ההתנגשות בין שביל החלב לאנדרומדה" מאת טי.ג'יי. קוקס ואבי לואב
  • היקום היום - כשהגלקסיה שלנו מתנפצת לאנדרומדה, מה קורה לשמש שלנו?


צפו בסרטון: Universe Size Comparison 3D (יָנוּאָר 2022).