אבני החן הקוסמיות קשתות כפי שנצפו על ידי ה-JWST. קרדיט: ESA/Webb, NASA & CSA, L. Bradley (STScI), A. Adamo (אוניברסיטת שטוקהולם) ושיתוף הפעולה הקוסמי באביב.
ההיסטוריה של האופן שבו כוכבים וגלקסיות נוצרו והתפתחו לימינו נותרה בין השאלות האסטרופיזיות המאתגרות ביותר לפתרון עד כה, אך מחקר חדש מקרב אותנו להבנתה.
מחקר בינלאומי שנערך לאחרונה בראשות ד"ר אנג'לה אדמו מאוניברסיטת שטוקהולם חשף תובנות חדשות על גלקסיות צעירות מתקופת היינון מחדש. ניצול ה טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST), חוקרים חקרו את גלקסיית קשת ה-Cosmic Gems (SPT0615-JD), ואישרו שמקורו של האור שלה 460 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול. מה שמייחד את הגלקסיה הזו הוא שהיא מוגדלת באמצעות אפקט הנקרא עדשת כבידה, שלא נצפתה בגלקסיות אחרות שנוצרו בעידן זה. ההגדלה של קשת אבני החן הקוסמיות אפשרה לצוות לחקור את המבנים הקטנים יותר בתוך גלקסיית תינוקות בפעם הראשונה.
החוקרים גילו כי בקשת אבני החן הקוסמיות מכילה חמישה צבירי כוכבים מסיביים צעירים שבהם נוצרים כוכבים. "ההפתעה והתדהמה היו מדהימות כשפתחנו את תמונות JWST בפעם הראשונה", אומר אדמו.
המסתורין של היקום המוקדם
עידן היינון (EoR) הוא זמן מכריע במהלך התפתחות היקום, שהתרחשה במיליארד השנים הראשונות לאחר המפץ הגדול. במהלך תקופה זו, היקום עבר מעבר חשוב. בימיו הראשונים הוא היה מלא בגז מימן ניטרלי, אך זה השתנה במהלך ה-EoR. החומר של היקום עבר מצורתו הנייטרלית להיות מיונן מלא; האטומים הופשטו מהאלקטרונים שלהם. מאמינים שהגלקסיות המוקדמות ביותר של היקום הובילו את השינוי הזה.
כדי לחקור את הגלקסיות המוקדמות ביותר צריך להסתכל רחוק בחלל. האור נע במהירות סופית. על ידי התבוננות בעצמים ממרחקים אנו יכולים "להסתכל אחורה בזמן" כפי שאנו רואים את מצבו של האובייקט בזמן שבו האור נפלט ממנו. עם זאת, קשה לצפות בפרטים קטנים של עצם במרחקים גדולים מספיק כדי לחקור את היקום המוקדם.
זום-אין על צבירי הכוכבים המוצגים בקשת הקוסמיות של אבני חן. אמצעי: גרסה שלילית של צבירי הכוכבים, כאשר צבירי הכוכבים השונים מסומנים. מימין: צבירי הכוכבים "מאחורי" עדשת הכבידה. תמונה זו חושבה באמצעות הדמיות ממוחשבות. קרדיט: ESA/Webb, NASA & CSA, L. Bradley (STScI), A. Adamo (אוניברסיטת שטוקהולם) ושיתוף הפעולה הקוסמי האביב
שיטה אחת לצפות בפרטים עדינים יותר בגלקסיה במרחק גדול היא באמצעות עדשות כבידה. עדשת כבידה מתרחשת כאשר גוף שמימי בעל מסה גבוהה מעקם את נתיב האור סביבו בשל כוח הכבידה החזק שלו. כאשר האור הנפלט ממקור עובר דרך עדשת הכבידה הוא מתעוות בדומה להשפעה של זכוכית מגדלת. בדרך זו, אסטרונומים יכולים לצפות בפרטים קטנים בעצמים רחוקים.
גלקסיות בונות לאט לאט את אוכלוסיית הכוכבים שלהן באמצעות תהליך המכונה היווצרות כוכבים. בגלקסיות מקומיות אנו רואים שחלק גדול של כוכבים נוצר בצבירי כוכבים. צבירי כוכבים הם קבוצות של כוכבים המוחזקים יחד על ידי כוחות כבידה. לצבירי כוכבים יכולים להיות גדלים משתנים, כאשר חלקם מכילים רק מספר קטן של כוכבים ואחרים שיכולים להכיל מיליונים. צבירים כדוריים הם צבירי כוכבים ישנים מאוד שבהם נוצרו בעבר כוכבים, אך לא עוד. כיצד והיכן נוצרו הצבירים הכדוריים הייתה תעלומה ארוכת שנים.
תצפיות מתקדמות עם JWST
במחקר חדש שפורסם בכתב העת המדעי טֶבַע, צוות האסטרונומים מציג את הגילוי של צבירי כוכבים בגלקסיה שהאור שלה עבר דרך עדשת כבידה בדרכו לכיוון כדור הארץ. "הישג זה יכול להיות אפשרי רק הודות ליכולות ללא תחרות של JWST", אומרת ד"ר אדלייד קלייסנס מאוניברסיטת שטוקהולם ומחברת שותפה של הפרסום. הגלקסיה SPT0615-JD, הידועה גם בשם קשת החן הקוסמית, ממוקמת ביקום הרחוק. האור שהגיע לכדור הארץ בימינו נפלט מגלקסיה זו רק 460 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול. על ידי חקר העצם הזה, האסטרונומים מסתכלים אחורה 97% מהזמן הקוסמי.
הכוח של NIRCam וגילוי אשכול כוכבים
"בשל עדשת הכבידה, ניתן היה לפתור את קשת החן הקוסמית עד לקנה מידה קטן מספיק כדי לחקור את העצמים שבתוכו", מוסיף קלייסנס.
הצוות השתמש במכשיר Near Infra Red Camera (NIRCam) על סיפון ה-JWST לתצפיותיהם. ה-NIRCam בנוי לצלם תמונות ברזולוציה גבוהה בחלק הקרוב לאינפרא אדום של ספקטרום האור, שבו ניתן לזהות את הכוכבים והגלקסיות המוקדמות ביותר. באמצעות הרזולוציה הגבוהה של ה-JWST NIRCam, התצפיות שהתקבלו הראו שרשרת של נקודות בהירות המשתקפות מצד אחד לצד השני. התגלה כי הנקודות הללו היו חמישה צבירי כוכבים צעירים ומסיביים.
המשמעות של גילוי צבירי כוכבים מוקדמים
באמצעות ניתוח ספקטרום האור הנפלט מהגלקסיה, ניתן היה לקבוע שצבירי הכוכבים קשורים בכבידה ובעלי צפיפות כוכבים גדולה פי שלושה מזו של צבירי כוכבים צעירים טיפוסיים ביקום המקומי. עוד נמצא שהצבירים נוצרו לאחרונה, תוך 50 מיליון שנה. הם מאסיביים מאוד, אם כי קטנים בהרבה מצבירים כדוריים.
"זה היה מדהים לראות את תמונות JWST של קשת אבני החן הקוסמיות ולהבין שאנחנו מסתכלים על צבירי כוכבים בגלקסיה צעירה כל כך. אנו רואים צבירים כדוריים סביב גלקסיות מקומיות, אך איננו יודעים מתי והיכן הם נוצרו. תצפיות הקשת הקוסמיות של אבני חן פתחו לנו צוהר ייחודי ליצירותיהן של גלקסיות תינוקות וכן הראו לנו היכן נוצרו צבירים כדוריים", אומר אדמו. "לצבירים האלה יהיה מספיק זמן להירגע ולהפוך לצבירים כדוריים, בגלל שהם נוצרו בגיל כה צעיר של היקום", היא מוסיפה.
הבנת היקום המוקדם
באמצעות מחקרים על צבירי כוכבים בגלקסיות צעירות שנולדו זמן קצר לאחר המפץ הגדול, ניתן להגיע להבנה נוספת כיצד והיכן נוצרים צבירים כדוריים. מאחר שמאמינים שגלקסיות צעירות מניעות את היינון מחדש במהלך ה-EoR, חיוני לחקור אותן לעומק כדי להשיג ידע על היקום המוקדם. באמצעות התגליות שגילו מחברי המחקר הזה, מידע נוסף נוסף להבנתנו כיצד הכוכבים בגלקסיות המוקדמות ביותר נולדו, והיכן וכיצד נוצרים צבירים כדוריים.
מבט קדימה
בעתיד, הקבוצה מתכננת לבנות מדגם גדול יותר של גלקסיות דומות. "יש לנו גלקסיה אחת עד כה, אבל אנחנו צריכים עוד הרבה יותר אם אנחנו רוצים ליצור דמוגרפיה של אוכלוסיות הצבירים שנוצרות בגלקסיות המוקדמות ביותר", אומר אדמו.
לצוות יש גם תוכנית מאושרת למחזור הבא של תצפיות JWST, שם הם ילמדו את גלקסיית קשת החן הקוסמית ואת צבירי הכוכבים שהתגלו לאחרונה בפירוט רב יותר. "תצפיות ספקטרוסקופיות יאפשרו לנו למפות באופן מרחבי את קצב היווצרות הכוכבים ואת היינון פוטון יעילות ייצור לאורך הגלקסיה" מוסיף ד"ר לארי בראדלי, החוקר הראשי של תוכנית JWST והמחבר השני של מאמר זה.
ד"ר אנג'לה אדמו, פרופסור חבר של קבוצת הגלקסיות במחלקה לאסטרונומיה באוניברסיטת שטוקהולם, היא המחברת הראשית של המאמר. ד"ר אדלייד קלייסנס היא חוקרת פוסט-דוקטורט במחלקה לאסטרונומיה באוניברסיטת שטוקהולם, ואריק זקריסון, פרופסור חבר במחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת אופסלה, הם מחברי המחקר.
