מאז לידתה של האסטרונומיה המודרנית, מדענים ניסו לקבוע את מלוא היקף הגלקסיה של שביל החלב וללמוד עוד על מבנה, היווצרותה והתפתחותה. על פי התיאוריות העכשוויות, ההערכה היא כי שביל החלב נוצר זמן קצר לאחר המפץ הגדול (לפני בערך 13.51 מיליארד שנה). זו הייתה תוצאה של הכוכבים ואשכולות הכוכבים הראשונים שהתכנסו יחד, כמו גם הצטברות הגז היישר מההילה הגלקטית.
מאז, נהוג לחשוב כי גלקסיות רבות התמזגו עם שביל החלב, מה שגרם להיווצרותם של כוכבים חדשים. אך על פי מחקר חדש שנערך על ידי צוות חוקרים יפנים, לגלקסיה שלנו הייתה היסטוריה סוערת יותר ממה שחשבו בעבר. על פי ממצאיהם, שביל החלב חווה תקופה רדומה בין שתי תקופות של היווצרות כוכבים שנמשכה מיליארדי שנים, ובאמת גוועה לפני שחזרה לחיים.
המחקר שלהם, שכותרתו "התהוותם של כוכבים בשכונה סולרית בשני דורות המופרדים על ידי 5 מיליארד שנים", הופיע לאחרונה בכתב העת המדעי טבע. המחקר נערך על ידי מסאפומי נוגוצ'י, אסטרונום מהמכון האסטרונומי באוניברסיטת טוהוקו, יפן. באמצעות רעיון חדש המכונה "הסכמה בזרימה קרה", חישש נוגוצ'י את התפתחות דרך החלב במשך 10 מיליארד שנה.
רעיון זה של השבתת גז קר הוצע לראשונה על ידי אבישי דקל - יו"ר הפדריקה התיאורטית של אנדרה אייזנשטט באוניברסיטה העברית בירושלים - וחבריו כדי להסביר כיצד הגלקסיות מבטאות גז מהחלל שמסביב במהלך התהוותן. הרעיון של היווצרות דו-שלבית הוצע בעבר גם על ידי יובל בירנבוים - מרצה בכיר באוניברסיטה העברית - ועמיתיו כדי להסביר את היווצרותם של גלקסיות מסיביות יותר ביקום שלנו.
עם זאת, לאחר שבנה מודל של שביל החלב באמצעות נתוני קומפוזיציה של הכוכבים שלו, נוגוצ'י הגיע למסקנה כי הגלקסיה שלנו חווה גם שני שלבים של היווצרות כוכבים. על פי המחקר שלו, ניתן להבחין בהיסטוריה של שביל החלב על ידי התבוננות בקומפוזיציות היסודיות של כוכביה, שהם תוצאה של הרכב הגז ממנו הם נוצרים.
כשמסתכלים על הכוכבים בשכונת השמש, סקרים אסטרונומיים רבים ציינו כי ישנן שתי קבוצות שיש להן קומפוזיציות כימיות שונות. האחד עשיר באלמנטים כמו חמצן, מגנזיום וסיליקון (אלמנטים אלפא) ואילו השני עשיר בברזל. הסיבה לדיכוטומיה זו הייתה תעלומה ארוכת שנים, אך המודל של נוגוצ'י נותן תשובה אפשרית.
על פי מודל זה, שביל החלב החל כאשר זרמי גז קרים שהצטברו בגלקסיה והובילו להיווצרות דור הכוכבים הראשון. גז זה הכיל אלמנטים אלפא כתוצאה מסופרנובות מסוג II לזמן קצר - שם כוכב עובר התמוטטות גרעין בסוף מחזור חייו ואז מתפוצץ - ומשחרר את האלמנטים הללו לתווך הבין-גלקטי. זה הוביל לכך שהדור הראשון של הכוכבים היה עשיר באלמנטים.
ואז, לפני כ -7 מיליארד שנה, הופיעו גלי הלם שחיממו את הגז לטמפרטורות גבוהות. זה גרם לגז הקר להפסיק לזרום לגלקסיה שלנו, וגרם להפסקת היווצרות הכוכבים. תקופת רדום של שני מיליארד שנה נמשכה בגלקסיה שלנו. במהלך תקופה זו, סופרנובות מסוג Ia ארוכות-החיים - המתרחשות במערכות בינאריות בהן גמד לבן סיפק בהדרגה חומר מחברו - הזריק ברזל לגז הבין-גלקטי ושינה את הרכב היסודות שלו.
עם הזמן הגז הבין-גלקטי החל להתקרר על ידי פליטת קרינה והחל לזרום חזרה לגלקסיה לפני 5 מיליארד שנים. זה הוביל לדור שני של היווצרות כוכבים, שכלל את השמש שלנו, שהיו עשירים בברזל. אף על פי שהתהוות הדו-שלבית הציעה לגלקסיות הרבה יותר מסיביות בעבר, נוגוצ'י הצליח לאשר כי אותה תמונה חלה על שביל החלב שלנו.
יתרה מזאת, מחקרים אחרים הצביעו על כך שזה יכול להיות המקרה לשכנתו הקרובה ביותר של שביל החלב, גלקסיית אנדרומדה. בקצרה, המודל של נוגוצ'י מנבא כי גלקסיות ספירליות מסיביות חוו פער בתהליכי הכוכבים, ואילו גלקסיות קטנות יותר הופכות כוכבים ברציפות.
בעתיד, תצפיות על ידי טלסקופים קיימים מהדור הבא עשויים לספק עדות נוספת לתופעות ולספר לנו הרבה יותר על היווצרות הגלקסיה. מכאן, אסטרונומים יוכלו גם לבנות מודלים מדויקים יותר ויותר של התפתחות היקום שלנו לאורך זמן.
