אסטרונומים המשתמשים בטלסקופ החלל ג’יימס ווב (JWST) זיהו סרגל כוכבים בגלקסיה המסיבית GN20. גילוי זה, שנצפה רק 1.5 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול, מאתגר את הציפיות שנקבעו על ידי המודל הסטנדרטי של היווצרות גלקסיות. המחקר, בראשות Leindert A. Boogaard מאוניברסיטת ליידן, הוגש לשרת הטרום-פרסום arXiv ב-14 במאי, והדגיש תופעה שנחשבה בעבר לא סבירה בגלקסיות צעירות כל כך.
מוטות כוכבים הם מבנים מוארכים של כוכבים שחוצים את מרכז הגלקסיה, ומתפקדים כמשפכים קוסמיים. הם מעבירים גז לליבה הגלקטית, מה שמגביר את היווצרות הכוכבים, מזין חורים שחורים מרכזיים ותורם לבניית ליבות צפופות. ביקום הסמוך, הסורגים הללו נפוצים, כולל בשביל החלב, אך היווצרותם נחשבת לתהליך איטי, שלוקח מיליארדי שנים להתפתח.
גילוי ותצפית של GN20
הגלקסיה GN20 היא מערכת מסיבית ועשירה בגז הממוקמת בהיסט לאדום של 4, מה שהופך אותה למרוחקת וחלשה. למרות היותם אפופים באבק, מכשיר האינפרא אדום האמצעי (MIRI) והמצלמה הקרובה לאינפרא אדום (NIRCam) של JWST אפשרו חדירה לשכבה זו. כלים אלה חשפו את המבנה הפנימי של הגלקסיה בפירוט חסר תקדים.
ניתוח איזופוטו, המודד כיצד בהירות האור של הגלקסיה נמתחת ומסתובבת מהמרכז כלפי חוץ, הראה מבנה פס חד. פס זה נמשך שבעה קילופרסקים מקצה לקצה. ניתוח מתמטי עצמאי של דפוס האור אישר באופן אוטונומי את הגילוי. תצפיות תת-מילימטרים ברזולוציה גבוהה ממערך המילימטר הצפוני (NOEMA) אימתו את נוכחותה של תכונה בצורת סרגל באבק הממוף, והדגימו יישור חזק בין סרגל הכוכבים לסרגל האבק.
Star Bar מאתגר מודלים תיאורטיים
הזיהוי של סרגל כוכבים ב-GN20 בולט מכיוון שלפי התיאוריות הקיימות, קיומו אמור להיות לא סביר לפחות משלוש סיבות יסודיות. החוקרים מציינים שלגלקסיה הפרימיטיבית, העשירה בגז, יהיו תנאים לא נוחים להיווצרות מבנים כאלה.
- קריסה מבנית:מוטות כוכבים שנוצרים בדרך כלל נחשבים חזקים, אך התנאים ההתחלתיים של היקום הצביעו על כך שהם יקרסו תחת משקלם.
- זמן צמיחה:הצמיחה של סרגל לשבעה קילופרסקים תימשך מיליארדי שנים, תקופה שאינה תואמת את הגיל הנצפה של GN20 (1.5 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול).
- דיכוי גזים:כמות הגז השופעת בגלקסיות המוקדמות הייתה צריכה לדכא או לעכב את היווצרותם של ברים, לפי מודלים סטנדרטיים.
הצוות, לעומת זאת, מציין שניתן להתגבר על כל המכשולים הללו על ידי נוכחות של גז סוער מאוד לאורך הדיסק הפנימי עם שבר גז גבוה.
מערבולות גז והיווצרות בארה
מחקר של Boogaard et al. מציע שהמפתח להיווצרות סרגל הכוכבים ב-GN20 טמון במצב הגז שלו. מערבולות ושבריר הגז הגבוה בדיסק הפנימי של הגלקסיה היו מאפשרים לסרגל להתייצב ולגדול. זהו הסבר מכריע המשלב תצפיות עם תיאוריה, ומתאים את ההבנה של האבולוציה המוקדמת של הגלקסיות.
למרות שהחוקרים מזכירים אי ודאויות כמו הערכת המסה הכוכבית של אזורי הבר והליבה בשל כמות האבק הקיצונית, המסקנה העיקרית נותרה בעינה. הם טוענים ש-GN20 היא מערכת עשירה בגז ובר הכוכבים אמיתי. מכשיר ה-MIRI של JWST היה גורם מרכזי בהפיכת האבק לשקוף וחשיפת המבנים הפנימיים המורכבים הללו.
השלכות על האבולוציה הגלקטית
תצפיות מפורטות של GN20 מצביעות גם על היכן מרוכזת היווצרות כוכבים. בנקודה שבה הסרגל פוגש את הדיסק החיצוני הדרומית, גז מצטבר ומפעיל נקודה חמה של היווצרות כוכבים אינטנסיבית. במרכז, הסרגל שואב חומר פנימה, ומתדלק פיצוץ כוכבים גרעיני ואולי חור שחור סופר-מסיבי. גורם זה כנראה חיוני לקצב היווצרות הכוכבים יוצא הדופן של GN20, העולה על 1,000 מסות שמש בשנה.
קצב היווצרות כוכבים גבוה זה עשוי להיות מונע על ידי הבר שמזרים גז ואבק למרכז, שם הוא מפעיל התפרצות כוכבים גרעינית אינטנסיבית בדיסק העשירה בגז ומניע את הגרעין הגלקסי הפעיל הפוטנציאלי. התגלית מעידה שגלקסיות כמו GN20 עשויות לא להיות פשוט שלב באבולוציה גלקטית. היווצרות כוכבים המונעים על ידי סרגל יכולה להסביר את החידה כיצד הגלקסיות האליפטיות המסיביות והמתות שנצפו ביקום הנוכחי הגיעו למצב זה, ומדוע נראה שחלק מהן נכחדו מוקדם כל כך. ממצא זה מייצג חוליה חסרה משמעותית בהבנת התפתחות הגלקסיות.