הגלקסיות המסיביות ביותר מסתובבות יותר מפעמיים מהירות כמו שביל החלב

לפעמים קשה לעטוף את הראש. למרות שזה עשוי להרגיש נייח, כדור הארץ באמת נע במהירות גבוהה ממוצעת של 29.78 קמ"ש (107,200 קמ"ש; 66600 קמ"ש). ובכל זאת, לכוכב הלכת שלנו אין שום דבר על השמש עצמה, שמסתובבת במרכז הגלקסיה שלנו במהירות של 220 קמ"ש (792,000 קמ"ש; 492,000 קמ"ש).

אך כפי שקורה לעיתים קרובות ביקום שלנו, הדברים רק הולכים ומדהימים ככל שנראה. על פי מחקר חדש שנערך על ידי צוות אסטרונומים בינלאומי, הגלקסיות ה"ספיראליות-העל "המסיביות ביותר ביקום מסתובבות במהירות כפולה כמו שביל החלב. הגורם, לטענתם, הוא העננים (או ההילות) המאסיביים של "חומר כהה" המקיפים את הגלקסיות הללו.

המחקר שהופיע לאחרונה ב- מכתבי כתבי עת אסטרופיסיים, נערך על ידי אסטרונומים מהמכון למדעי טלסקופ החלל (STSI), אוניברסיטת קייפטאון, המכללה של ניו ג'רזי, אוניברסיטת סווינבורן לטכנולוגיה, אוניברסיטת הכף המערבי והמכון הטכנולוגי בקליפורניה.

גלקסיות סופר-ספיראליות הן תופעה חדשה יחסית לאסטרונומים, שהתגלו רק כתוצאה מנתונים שהושגו על ידי סקר השמיים הדיגיטליים Sloan (SDSS) ובסיס הנתונים של ה- NASA / IPAC Extragalactic (NED). עד כה ידוע על כמאה בלבד, אך מה שראינו ממעטים אלה מראה כי עצמים אלה אינם פחות ממעטים.

בנוסף להיותם גדולים בהרבה משביל החלב, הם גם בהירים יותר ומכילים הרבה יותר כוכבים. הקוטר הגדול ביותר הוא כ -450,000 שנות אור בקוטר (לעומת שביל החלב, המתפרס על כ- 100,000 שנות אור) והוא מסיבי פי 20 יותר. ועל סמך המחקר הובל החוקרים מ- STSI, נראה שהם מסתובבים הרבה יותר מהר.

לצורך המחקר, הסתמך הצוות על נתונים חדשים שנאספו עם הטלסקופ הגדול דרום אפריקה (SALT) כדי למדוד את עקומות הסיבוב עבור 23 גלקסיות ספירליות מסיביות ידועות. נתונים נוספים נמסרו על ידי טלסקופ הייל בגובה 5 מטרים במצפה הכוכבים של פאלומר, בעוד שהמשימה הרחבה של הסקר אינפרא אדום סייר (WISE) של נאס"א סיפקה נתונים חיוניים על המוני הגלקסיות ושיעור היווצרות הכוכבים.

כפי שאמר טום ג'ארט מאוניברסיטת קייפטאון, דרום אפריקה, על המחקר:

"עבודה זו ממחישה יפה את הסינרגיה החזקה בין תצפיות אופטיות ואינפרא אדום לגלקסיות, וחושפת תנועות כוכבים עם ספקטרוסקופיית SDSS ו- SALT, ותכונות כוכבים אחרות - בייחוד המסה הכוכבית או 'עמוד השדרה' של הגלקסיות המארחות - באמצעות הדמיה באמצע האינפרה-אדום WISE. . "

מה שהם מצאו הוא שהגלקסיות הללו מסתובבות הרבה יותר מהר מאשר שביל החלב, כאשר הסיבוב הגדול ביותר הוא בקצב של עד 570 קמ"ש (350 מגה"ק) - כמעט פי שלושה מהיר יותר. יתר על כן, הצוות מצא כי המהירות הסיבובית של ספירלות-על חרגה בהרבה ממסת הכוכבים, הגז והאבק המרכיבים אותם. זה בקנה אחד עם מה שמדענים צפו במשך עשרות שנים, מה שרומז כי אחראי על חומר אפל.

"ספירלות-על הן קיצוניות במדדים רבים. הם שוברים את השיאים במהירויות סיבוב, "אמר פטריק אוגל, חוקר ב- STSI והסופר הראשי במחקר. "נראה כי הסיבוב של גלקסיה נקבע על ידי המסה של הילה החומר האפל שלה ... זו הפעם הראשונה שמצאנו גלקסיות ספיראליות גדולות ככל שיוכלו להשיג אי פעם."

בעיקרו של דבר, אוג'לה ועמיתיו סיכמו כי ספירלות-על מוקפות בהילות של חומר אפל גדול מממוצע. למעשה, אוגל וצוותו קבעו כי ההילה המסיבית ביותר שקולה לכ 40 טריליון המוני שמש. אסטרונומים בדרך כלל מצפים למצוא את החומר האפל הזה בהרבה סביב קבוצת גלקסיות ולא אחת.

מחקר זה הוא עוד ראיה כנגד תיאוריות כוח משיכה חלופיות המנסות לשלול את קיומם של חומר אפל. דוגמה פופולרית ידועה בשם Modified Newtonian Dynamics (MOND), שמציעה שכשמדובר במבנים המסיביים ביותר בקוסמוס (גלקסיות ואשכולות גלקסיות) כוח הכבידה מעט חזק מכפי שניתן היה לחזות על ידי ניוטון או איינשטיין.

עם זאת, MOND לא יכול להסביר את המהירויות הסיבוביות שנצפו בספירלות העל, מה שמרמז על כך שלא נדרשת דינמיקה לא-ניוטונית. התייחסות נוספת לתצפיות אלה הייתה כי ספירלות-על מכילות הרבה פחות כוכבים ממה שניתן היה לצפות, לנוכח הילות החומר האפל המסיביות הסובבות אותם. זה מצביע על כך ששפע של חומר אפל יכול למעשה לעכב את היווצרות הכוכבים בגלקסיות.

צוות המחקר מציע שתי אפשרויות מדוע זה. מצד אחד, יתכן שכל גז נוסף שנמשך אל הגלקסיה מתחמם על ידי הסיבוב המהיר עד לנקודה שקירור והתכווצות (ומכאן התמוטטות כבידה) פחות סביר. מצד שני, יתכן שהסיבוב המהיר של הגלקסיה משבש את ענני הגז שמקשה עליהם להתאחד ולהתמוטט.

למרות זאת, ספירלות העל שנצפו עדיין מסוגלות לחוות היווצרות כוכבים - בקצב של כ- 30 מסות שמש בשנה (או פי 30 מזו של שביל החלב). במבט קדימה, אוגל וצוותו מקווים לערוך תצפיות נוספות בתקווה ללמוד עוד על תנועת הגז והכוכבים בדיסקים של ספירלות-על.

שאלות ואחרות הנוגעות לספירלות-על עשויות לטפל במכשירים מהדור הבא כמו טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) וטלסקופ החלל האינפרא אדום הרחב-שדה (WFIRST). לאחר הפריסה, טלסקופים אלו יוכלו ללמוד ספירלות-על יותר במרחקים גדולים עוד יותר, שיהיו באותה מידה בשלב מוקדם יותר שלהם אבולוציה.