היווצרות גלקסיות והתפתחותן

חקר היווצרות גלקסיות והתפתחותן הוא תחום מחקר שעוסק בתהליכים בהם נוצרות ומתפתחות גלקסיות על צורותיהן השונות. גלקסיה היא צבר כוכבים עצום, כאשר הכוכבים בכל גלקסיה קשורים זה לזה על ידי כוח הכבידה. גלקסיות מופיעות במגוון צורות וגדלים, וכל גלקסיה מכילה בממוצע מאות מיליוני כוכבים ומיליוני ערפיליות. על פי השערת החוקרים, במרכזה של כל גלקסיה מצוי חור שחור, שמפעיל כוח כבידה עוצמתי במיוחד. ישנם כמה סוגי גלקסיות, בהם גלקסיה ספיראלית, גלקסיה אליפטית, גלקסיה לא-סדורה וגלקסיית רדיו. קיימות תאוריות רבות המסבירות את היווצרות הגלקסיות, כאשר התאוריה הפשוטה ביותר היא שגלקסיות נוצרו כתוצאה מתנודות קוונטיות (תנועות של אטומים) בתקופה שלאחר המפץ הגדול. לאחר היווצרות היקום, תנודות קטנות בחומר גרמו לכך שגזי מימן והליום נמשכו בכוח המשיכה ויצרו ענני גז, שלאחר מכן התפתחו מהן הגלקסיות. תאוריה נוספת אומרת כי יש קשר בין אופן היווצרותם של גלקסיות, למסות החורים השחורים שבמרכזן. ישנה פרופורציה בין גודל הגלקסיה לגודל החור השחור שבמרכזה, כך שככל שגלקסיה גדולה יותר, כך החור השחור במרכזה, גדול יותר. לפי תאוריה זו, האופן בה גלקסיות נוצרו והתפתחו בעידן הקדום של היקום, שונה מהאופן שבו הן נוצרות כיום. על פי השערות החוקרים, במרכזה של כל גלקסיה קיים חור שחור. לחור השחור יש כבידה חזקה, כך ששום עצם או קרינה הקרובים אליו יתר על המידה אינם יכולים להימלט ממנו. גרם שמים זה הוא בעל כבידה חזקה כל כך, עד שמהירות המילוט ממנו גדולה ממהירות האור, ולכן אפילו אור אינו יכול לצאת מהחור השחור. ומסיבה זו לא ניתן לראותו, אלא רק את ההשפעה שלו על החומר שסביבו. הכבידה החזקה שלו מושכת את הכוכבים, ובכך שומרת עליהם במסלולם. החור השחור מהווה חלק גדול ממסת הגלקסיה. מחקרים רבים שנערכו סבורים כי קיים קשר בין המסה האפלה לצורת הגלקסיה. חומר אפל הוא חומר היפותטי המהווה כ-26% ממסת היקום הנצפה. החומר האפל יכול להסביר תופעות רבות הקשורות בכוח הכבידה. החומר האפל נמדד באמצעות השפעתו על מסלולי החומר הנראה בגלקסיה, ומסתו גדולה בהרבה ממסת החומר הנראה בגלקסיה. על פי המחקרים, יש קשר בין גודל גלקסיה לצורתה, כשגלקסיות גדולות יוצרות צורה אליפטית, וגלקסיות קטנות צורה ספירלית (גלקסיית דיסק). גלקסיית דיסק מכילה גז קר, המעיד על כך שאין מספיק לחץ. הכוח הצנטריפוגלי של הגלקסיה מונע מהגז הקר לקרוס לנקודה אחת, המאונכת לכיוון הסיבוב. בכיוון המקביל לציר הסיבוב, אין דבר המונע מהגז לקרוס לתוך נקודה, ובכך נוצרת "דסקית" דקה מאוד, המשווה לגלקסיה צורת דיסק. על פי מחקרו של הקוסמולוג ד"ר יובל בירנבוים, גלקסיית דיסק נוצרת באופן יעיל בהיעדר גל הלם יציב, שמונע את הנפילה החופשית של הגז. מצב של היעדר גל הלם יציב נוצר כאשר מסת ההילה קטנה מטריליון שמשות. בהילות אלו חודר הגז אל תוך ההילה וזורם במהירות גבוהה, כאשר הוא עדיין קר. החומר האפל מייצב את גלקסיית הדיסק, ובלעדיו הגלקסיה הייתה מתפרקת לגושים. גלקסיית דיסק מאופיינת בעיקר בכך שהיא דקה מאוד, בעלת יכולת להסתובב במהירות, ובעלת צורה דמוית דסקית. בגלקסיית דיסק אין מספיק לחץ, אך הכוח הצנטריפוגלי מונע מהגז ליפול אל מרכזה. לעומת גלקסיית הדיסק, לגלקסיות אליפטיות צורה כדורית, והן נוצרות באופן שונה לגמרי. הגלקסיות האליפטיות נוצרות עקב התנגשות בין גלקסיות קטנות יותר, שנוצרו לאחר היווצרות כוכבים. כתוצאה מכך, לגלקסיות אלו יש צורה יותר כדורית והן אינן שטוחות. ההסבר לכך הוא, שבניגוד לגז, אשר יכול לקרוס לתוך נקודה אחת למרכז הגלקסיה, כוכבים אינם זורמים לפי לחץ, ניתן להתייחס אליהם כמסה נקודתית, ואינם יכולים להתקרר ולקרוס למרכז הגלקסיה. גלקסיה אליפטית מאופיינת בעיקר בצורה של כדור פחוס/צלחת, ואין בה כמעט כוכבים צעירים, כיוון שהיא נוצרת לאחר היווצרות הכוכבים. לכן, הכוכבים בה לרב הם כוכבים "מבוגרים". ישנו תהליך אשר מפסיק את התכווצות גלקסיות הדיסק, אך אסטרונומים לא יודעים בוודאות מהו תהליך זה. לפי השערה אחת, הקרינה נפלטת מכוכבים צעירים, או מגלעינים פעילים של גלקסיות, היכולים להאט את קצב ההתכווצות של הגלקסיה. הקרינה הנפלטת מקרבת החור השחור בתהליך גדילתו, יוצרת התחממות גז ולכן מעכבת את התכווצות הגלקסיה. גלקסיות הן צבר של כוכבים, כלומר כל גלקסיה מכילה מאות מיליוני כוכבים. גלקסיות מורכבות בעיקר מאבק וגז כוכבים. הכוכבים בגלקסיות מוחזקים במסלולם באמצעות כוח הכבידה, שחל ביניהם, וכוח הכבידה של הגלקסיה. הגודל הממוצע של גלקסיות נע בין גלקסיות ננסיות, המכילות כעשרה מיליון כוכבים, לגלקסיות ענק, המכילות כמאה טריליון כוכבים. תהליכי ההתפתחות של גלקסיה הם תהליכים מאוד איטיים ויציבים, וכך גם מיזוגי גלקסיות. התמזגויות של גלקסיות הן תופעה נפוצה ביקום. מיזוג הגלקסיות הוא תהליך בו משתתפות שתי גלקסיות או יותר, בתהליך זה כוח הכבידה גורם לגלקסיות קרובות להסתחרר זו עם זו, עד שלבסוף, במשך מיליארדי שנים, הן מתמזגות לכדי גלקסיה אחת. בדרך כלל, משתתפות בתהליך גלקסיות לווין בעלות מסה קטנה, המקיפות גלקסיה אחרת בעלת מסה גדולה, וכך גלקסיות הלוויין מתמזגות בתהליך אטי עם הגלקסיה הגדולה ליצירת גלקסיה גדולה יותר. ברוב המקרים הכוכבים של הגלקסיות ש"נאכלו" מוצאים מקום בין הכוכבים של הגלקסיה הקולטת, ולכל הכוכבים יש מספיק מקום. לעומת זאת, ככל הנראה שלא יקרה כך במקרים של מיזוגי גלקסיות גדולות כמו שביל החלב ואנדרומדה. מיזוג גלקסיות היא אחד האירועים העיקריים הגורמים להולדת כוכבים חדשים, כאשר המיזוג גורם לשינויים במאזן האבק בגלקסיות ויוצר ערפיליות חדשות, שמתוכן נוצרים כוכבים. במקרה של גלקסיות דיסק, תהליך המיזוג יכול להיות מאוד הרסני, משום שגלקסיות דיסק הן מאוד דקות ושבריריות. כפי שיש תאוריות רבות לגבי היווצרות הגלקסיות, ישנן גם תאוריות לגבי מותה של גלקסיה וסוף חייה. תאוריה אחת אומרת כי גלקסיות מתות, כתוצאה מכך שחומרי הדלק הגורמים להיווצרות הכוכבים נגמרים. דבר זה גורם להיווצרות הכוכבים להיפסק, ובכך ל"חנק" של הגלקסיה. The Formation of Galaxies, www.atnf.csiro.au NASA Administrator, NASA Lends Galaxy Evolution Explorer to Caltech, NASA (באנגלית) How do Galaxies Evolve? - SKA Telescope, SKA Telescope (באנגלית אמריקאית) (ארכיון) שפיצר צילם ארבע גלקסיות מתמזגות בבת אחת | הידען, באתר הידען הגלקסיה המפלצתית מתה באופן מסתורי, באתר ynet, 6 בפברואר 2020