כדור הארץ, מערכת השמש, שביל החלב. האם הם נעשים מסיביים פחות או יותר עם הזמן?

על פי המודלים הקוסמולוגיים המקובלים ביותר, הגלקסיות הראשונות החלו להיווצר לפני 13 עד 14 מיליארד שנה. במהלך המיליארד השנים הבאות צצו המבנים הקוסמיים שכולנו מכירים. אלה כוללים דברים כמו אשכולות גלקסיות, אשכולות-על-גדולים וחוטים, אך גם תכונות גלקטיות כמו אשכולות כדוריות, בליטות גלקטיות וחורים שחורים סופר-מסיביים (SMBH).

עם זאת, בדומה לאורגניזמים חיים, הגלקסיות המשיכו להתפתח מאז. למעשה, במהלך תקופות חייהן, גלקסיות מצטברות ומזרקות מסה כל הזמן. במחקר שנערך לאחרונה, צוות בינלאומי של אסטרונומים חישב את קצב הזרימה והיצוא של החומר לשביל החלב. ואז האנשים הטובים באסטרוביטים נתנו לו פירוט טוב והראו עד כמה זה רלוונטי להבנתנו את היווצרותם והתפתחותה הגלקטית.

המחקר הובל על ידי אסטרונום ESA, ד"ר אנדרו ג'יי פוקס, וכלל חברים מטכני המכון לטלסקופ החלל (STScI) מקבוצת המחקר Halo שביל החלב, ואוניברסיטאות מרובות. בהתבסס על מחקרים קודמים, הם בדקו את הקצב בו זורם גז דרך שביל החלב ומחוצה לו מהעננים המקיפים את המהירות הגבוהה (HVC).

מכיוון שזמינות החומר היא המפתח להיווצרות הכוכבים בגלקסיה, לדעת את הקצב בו הוא מתווסף ואבד הוא חשוב להבנת ההתפתחות של הגלקסיות לאורך זמן. וכמייקל פולי מ אסטרוביטיםלסיכום, אפיון השיעורים בהם מתווסף החומר לגלקסיות הוא חיוני להבנת פרטי מודל "המזרקה הגלקסית" הזו.

בהתאם לדגם זה, הכוכבים המסיביים ביותר בגלקסיה מייצרים רוחות כוכבים המוציאות חומר מהדיסק הגלקסי. כאשר הם הולכים בסופרנובה בסיום תוחלת החיים שלהם, הם דוחקים באופן דומה את רוב החומר שלהם. לאחר מכן, חומר זה נכנס בחזרה לדיסק לאורך זמן, ומספק חומר ליצירת כוכבים חדשים.

"תהליכים אלה מכונים באופן קולקטיבי 'משוב מהממים', והם אחראים לדחיית הגז חזרה משביל החלב," אמר פולי. במילים אחרות, שביל החלב אינו אגם מבודד של חומר; זה מאגר שצובר ומפסיד כל הזמן גז בגלל כוח הכבידה ומשוב הכוכבים. "

בנוסף, מחקרים עדכניים הראו כי היווצרות כוכבים עשויה להיות קשורה קשר הדוק לגודל החור השחור הסופר-מסיבי (SMBH) בליבת הגלקסיה. בעיקרון, SMBHs מוציאים כמות עצומה של אנרגיה שיכולה לחמם גז ואבק המקיף את הליבה, שמונע ממנו להתגבש ביעילות ולעבור התמוטטות כבידה ליצירת כוכבים חדשים.

כיוון שכך, הקצב בו החומר זורם אל תוך הגלקסיה ומחוצה לה הוא המפתח לקביעת קצב היווצרות הכוכבים. כדי לחשב את הקצב בו זה קורה עבור שביל החלב, ד"ר פוקס ועמיתיו התייעצו עם נתונים ממקורות רבים. כפי שד"ר פוקס אמר למגזין החלל באמצעות הדוא"ל:

"כרתנו את הארכיון. נאס"א ו- ESA מקיימים ארכיונים מאוצרים היטב של כל נתוני טלסקופ החלל האבל. עברנו את כל התצפיות על קוואזארים ברקע שצולמו בעזרת ה- Cosmic Origins Spectrograph (COS), ספקטרוגרף רגיש על האבל שניתן להשתמש בו לניתוח האור האולטרה סגול מ- מקורות רחוקים. מצאנו 270 קוואזרים כאלה. ראשית, השתמשנו בתצפיות אלה כדי ליצור קטלוג של ענני גז הנעים במהירות המכונה עננים במהירות גבוהה (HVCs). ואז תכננו שיטה לפיצול ה- HVCs לאוכלוסיות זורמות ויוצאות, על ידי שימוש במשמרת דופלר. "

בנוסף, מחקר שנערך לאחרונה הראה כי שביל החלב חווה תקופה רדומה לפני בערך 7 מיליארד שנים - שנמשכה כשני מיליארד שנים. זו הייתה תוצאה של גלי הלם שגרמו לענני גז בין-כוכבי להתחמם, מה שגרם באופן זמני לזרימת הגז הקר לגלקסיה שלנו. עם הזמן הגז התקרר והחל לזרום פנימה שוב, מה שגרר סבב שני של היווצרות כוכבים.

לאחר שבחנו את כל הנתונים, פוקס ועמיתיו הצליחו להציב אילוצים על קצב הזרימה והיצוא לגלקסיה הזו שלנו:

"לאחר השוואה בין שיעורי הזרימה והזרימה של הגז, מצאנו עודף של זרימה, שהם חדשות טובות להיווצרות הכוכבים העתידית בגלקסיה שלנו, מכיוון שיש המון גז שניתן להמיר לכוכבים וכוכבי לכת. מדדנו כ- 0.5 מסות שמש בשנה של זרם ו 0.16 מסות שמש בשנה של יצוא, אז יש זרם נטו. "

עם זאת, כפי שציין פולי, מאמינים ש- HVCs חיים לתקופות של כמאה מיליון שנה לערך. כתוצאה מכך, לא ניתן לצפות כי תזרים נטו זה יימשך ללא הגבלת זמן. "בסופו של דבר הם מתעלמים מקווי הטרור החמושים שידועים במבנים (כמו בועות הפרמי) שלא מתחקים אחר הגז הזורם או הזורם", הוא מוסיף.

מאז 2010, אסטרונומים מודעים למבנים המסתוריים העולים ממרכז הגלקסיה שלנו המכונה בועות פרמי. מבנים דמויי בועה אלה נמשכים במשך אלפי שנות אור ונחשבים כתוצאה מהגז הבין-כוכבי של SMBH וצורך קרני גאמה.

עם זאת, בינתיים, התוצאות מספקות תובנה חדשה כיצד גלקסיות נוצרות ומתפתחות. זה גם מחזק את המקרה החדש שנקבע ל"הצטברות זרימה קרה ", תיאוריה שהציעה במקור פרופ 'אבישי דקל ועמיתיו מהמכון לפיזיקה של רווה באוניברסיטה העברית, כדי להסביר כיצד הגלקסיות מבטאות גז מהחלל שמסביב במהלך התהוותן.

"תוצאות אלה מראות כי גלקסיות כמו שביל החלב אינן מתפתחות בתוך א מצב יציב"סיכמה ד"ר פוקס. "במקום זאת הם מצטברים ומאבדים גז באופן אפיזודי. זהו מחזור בום וחזה: כשנכנס גז יכול להיווצר יותר כוכבים, אבל אם נכנס יותר מדי גז הוא יכול לעורר פרץ כוכבים כה עז עד שהוא מפוצץ את כל הגז שנותר, ומכבה את היווצרות הכוכבים. כך האיזון בין זרימה ויציאה מווסת את מידת היווצרות הכוכבים. התוצאות החדשות שלנו עוזרות להאיר את התהליך הזה. "

טעימה נוספת ומעניינת ממחקר זה היא העובדה שמה שחל על שביל החלב שלנו חל גם על מערכות כוכבים. לדוגמה, מערכת השמש שלנו כפופה גם לזרם ויצוא של חומר לאורך זמן. חפצים כמו 'Oumuamua ו- 2I / Borisov האחרונים האחרונים מאשרים כי אסטרואידים ושביטים נבעטים ממערכות הכוכבים ונאספים על ידי אחרים באופן קבוע.

אבל מה עם גז ואבק? האם מערכת השמש שלנו וכדור הארץ (בהרחבה) כדור הארץ מאבד או עולה במשקל לאורך זמן? ומה יכול להיות לזה משמעות לעתיד המערכת שלנו בית כוכב לכת? לדוגמה, האסטרופיזיקאי והסופר בריאן קוברליין התייחס לנושא האחרון בשנת 2015 באתר שלו. כדוגמה השתמש במקלחת המטאורים של תאומים תאומים אחרונים, והוא כתב:

"למעשה, מתצפיות לוויניות על שבילי מטאור ההערכה היא שכ- 100 - 300 טון (טון) חומר פוגעים בכדור הארץ בכל יום. זה מסתכם בכ- 30,000 עד 100,000 טונות בשנה. זה אולי נראה כמו הרבה, אבל יותר ממיליון שנים זה יסתכם בפחות ממיליארד אחוז מסך המסה של כדור הארץ. "

עם זאת, בעודו ממשיך להסביר, כדור הארץ מאבד גם מסה על בסיס קבוע באמצעות מספר תהליכים. אלה כוללים ריקבון רדיואקטיבי של חומר בקרום כדור הארץ, מה שמוביל לאנרגיה וחלקיקים תת-אטומיים (אלפא, בטא ו קרני גאמה) עוזבים את כדור הארץ שלנו. שנייה היא אטמוספרי אובדן, שבו גזים כמו מימן והליום יאבדו לחלל. יחד אלה מסתכמים בהפסד של כ -110,000 טון ליהar.

על פני השטח, זה נראה כמו הפסד נטו של כ -10,000 טונות ומעלה בשנה. מה שכן, המיקרוביולוג / מתקשר מדע ד"ר כריס סמית 'והפיזיקאי של קיימברידג' דייב אנסל העריכו בשנת 2012 כי כדור הארץ מרוויח 40,000 טונות אבק בשנה מהחלל, בעוד שהוא מאבד 90,000 בשנה באמצעות תהליכים אטמוספריים ואחרים.

אז יתכן שכדור הארץ הופך קל יותר בקצב של 10,000 עד 50,000 טון בשנה. עם זאת, הקצב שאליו מוסיפים חומר אינו מוגבל היטב בנקודה זו, כך שייתכן ונשבר אפילו (למרות שהאפשרות שכדור הארץ צובר מסה נראית בלתי סבירה). באשר למערכת השמש שלנו, המצב דומה. מצד אחד, גז ואבק בין-כוכבי זורם בכל הזמן.

מצד שני, גם השמש שלנו - המהווה 99.86% מהמסה של מערכת השמש - שופכת מסת לאורך זמן. באמצעות נתונים שנאספו על ידי בדיקת ה- MESSENGER של נאס"א, צוות החוקרים של נאס"א ו- MIT הגיע למסקנה כי השמש מאבדת מסה כתוצאה מרוח סולארית ותהליכים פנים. לפי שאל אסטרונום, זה קורה בקצב של 1.3245 על 10¹⁵ טונות בשנה למרות שהשמש מתרחבת במקביל.

זה מספר מדהים, אבל מכיוון שמשה יש מסה של בערך 1.9885 × 10²⁷ טונות. אז השמש לא תיצור בקרוב בקרוב. אך ככל שהיא מאבדת מסה, השפעתה הכבדית על כדור הארץ ועל כוכבי הלכת האחרים תפחת. עם זאת, עד שהשמש שלנו תגיע לסוף הרצף העיקרי שלה, היא תתרחב במידה ניכרת ויכולה מאוד לבלוע את מרקורי, ונוס, כדור הארץ ו אפילו מאדים לגמרי.

אז בעוד הגלקסיה שלנו עשויה לצבור מסה לעתיד הנראה לעין, היא נראית כאילו השמש והארץ שלנו עצמה מאבדים לאט את המסה. אין לראות בכך חדשות רעות, אך יש לכך השלכות בטווח הרחוק. בינתיים, זה מעודד לדעת שאפילו החפצים העתיקים והמאסיביים ביותר ביקום נתונים לשינויים כמו יצורים חיים.

בין אם מדובר על כוכבי לכת, כוכבים או גלקסיות, הם נולדים, הם חיים והם מתים. ובין לבין, ניתן לסמוך עליהם שהם יכניסו או ירדו כמה קילוגרמים. המעגל של חיים, שיחק בסולם הקוסמי!

צפו בסרטון: MOND: פיסיקה חדשה בתאוצות נמוכות כאלטרנטיבה ליקום האפל (יולי 2024).