החוקרים מצאו שבכל תשע הגלקסיות התפלגות המסות הראשונית של הכוכבים, או IMF, היא ״כבדה בתחתית״ (bottom-heavy). במילים פשוטות: ביחס לשביל החלב, בגלקסיות האלה נולדו הרבה יותר כוכבים קטני־מסה.

כוכבים כאלה חלשים מאוד ולכן תרומתם לאור הכולל של הגלקסיה קטנה. אולם הם עשויים להוות חלק משמעותי ממסתה. המשמעות היא שאם מחשבים את מסת הגלקסיה בהנחה שהתפלגות הכוכבים בה דומה לזו של שביל החלב, מקבלים הערכת חסר של המסה הכוכבית האמיתית.

בשתי הגלקסיות העתיקות ביותר במדגם, המזוהות כצאצאיות של גלקסיות ״בלתי־אפשריות מבחינת הקדימות שלהן״ שצפה ג׳יימס ווב, השימוש בהתפלגות המסות שנמדדה הגדיל את הערכת המסה הכוכבית פי שלושה עד ארבעה.

מדוע התוצאה מחמירה את חידת הגלקסיות המוקדמות?

אחת מאוכלוסיות הכוכבים העתיקות שנבדקו נוצרה ככל הנראה פחות מ־1.5 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול. אם גם בגלקסיית המקור שלה הייתה התפלגות כוכבים כבדה בתחתית, פירוש הדבר שהיא נאלצה לצבור אפילו יותר מסה כוכבית, ובקצב מהיר עוד יותר, מכפי שסברו בעבר.

טלסקופ ג׳יימס ווב כבר חשף גלקסיות מסיביות ומפותחות בתקופות מוקדמות מאוד. בין היתר, אושרה ספקטרוסקופית גלקסיה שקטה ומסיבית שנצפתה כ־1.25 מיליארד שנים בלבד לאחר המפץ הגדול. קיומן של מערכות כאלה מקשה על מודלים של היווצרות גלקסיות — והגדלת המסות המחושבות שלהן מעצימה את הקושי במקום לפתור אותו.

חשוב להדגיש: הקישור לגלקסיות שנצפו בתוך כ־500 מיליון שנה מהמפץ הגדול הוא השלכה על מערכות קדומות עוד יותר, ולא מדידה ישירה של התפלגות המסות בגלקסיות בהסחה לאדום של 10 ומעלה. המדידות הישירות והמבוססות במחקר הנוכחי מתייחסות לגלקסיות ב־z ≈ 0.7.

האם יש לכך משמעות גם לכוכבי לכת?

אם היווצרות כוכבים כבדה בתחתית הייתה תופעה נפוצה ביקום הצעיר, פירוש הדבר הוא שנוצרו בו יותר כוכבים קטני־מסה וארוכי־חיים מכפי שהעריכו מודלים המבוססים על שביל החלב. כוכבים כאלה נחשבים למועמדים המרכזיים לארח מערכות פלנטריות לאורך פרקי זמן ארוכים, ולכן ייתכן שהיו ביקום המוקדם יותר מערכות פלנטריות מכפי שסברו. עם זאת, המחקר עצמו אינו מודד את שכיחותם של כוכבי לכת ואינו מוכיח כמה מערכות כאלה נוצרו.

הצעד הבא: להגיע רחוק יותר בזמן

החוקרים מתכננים ליישם את אותה גישה ספקטרוסקופית — חשיפה עמוקה מאוד וטווח רחב של אורכי גל — על גלקסיות בהסחות לאדום גבוהות יותר. המטרה היא לבדוק אם עודף הכוכבים קטני־המסה אפיין גם את הגלקסיות הקדומות ביותר, סמוך לתקופה שבה נוצרו הכוכבים הראשונים. ככל שהגלקסיה רחוקה וקדומה יותר, חתימות הספקטרום הרלוונטיות מוסחות אל תחום התת־אדום, שבו ג׳יימס ווב יכול לסייע באיתורן.

החוקרים מצאו שבכל תשע הגלקסיות התפלגות המסות הראשונית של הכוכבים, או IMF, היא ״כבדה בתחתית״ (bottom-heavy). במילים פשוטות: ביחס לשביל החלב, בגלקסיות האלה נולדו הרבה יותר כוכבים קטני־מסה.

כוכבים כאלה חלשים מאוד ולכן תרומתם לאור הכולל של הגלקסיה קטנה. אולם הם עשויים להוות חלק משמעותי ממסתה. המשמעות היא שאם מחשבים את מסת הגלקסיה בהנחה שהתפלגות הכוכבים בה דומה לזו של שביל החלב, מקבלים הערכת חסר של המסה הכוכבית האמיתית.

בשתי הגלקסיות העתיקות ביותר במדגם, המזוהות כצאצאיות של גלקסיות ״בלתי־אפשריות מבחינת הקדימות שלהן״ שצפה ג׳יימס ווב, השימוש בהתפלגות המסות שנמדדה הגדיל את הערכת המסה הכוכבית פי שלושה עד ארבעה.

מדוע התוצאה מחמירה את חידת הגלקסיות המוקדמות?

אחת מאוכלוסיות הכוכבים העתיקות שנבדקו נוצרה ככל הנראה פחות מ־1.5 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול. אם גם בגלקסיית המקור שלה הייתה התפלגות כוכבים כבדה בתחתית, פירוש הדבר שהיא נאלצה לצבור אפילו יותר מסה כוכבית, ובקצב מהיר עוד יותר, מכפי שסברו בעבר.

טלסקופ ג׳יימס ווב כבר חשף גלקסיות מסיביות ומפותחות בתקופות מוקדמות מאוד. בין היתר, אושרה ספקטרוסקופית גלקסיה שקטה ומסיבית שנצפתה כ־1.25 מיליארד שנים בלבד לאחר המפץ הגדול. קיומן של מערכות כאלה מקשה על מודלים של היווצרות גלקסיות — והגדלת המסות המחושבות שלהן מעצימה את הקושי במקום לפתור אותו.

חשוב להדגיש: הקישור לגלקסיות שנצפו בתוך כ־500 מיליון שנה מהמפץ הגדול הוא השלכה על מערכות קדומות עוד יותר, ולא מדידה ישירה של התפלגות המסות בגלקסיות בהסחה לאדום של 10 ומעלה. המדידות הישירות והמבוססות במחקר הנוכחי מתייחסות לגלקסיות ב־z ≈ 0.7.

האם יש לכך משמעות גם לכוכבי לכת?

אם היווצרות כוכבים כבדה בתחתית הייתה תופעה נפוצה ביקום הצעיר, פירוש הדבר הוא שנוצרו בו יותר כוכבים קטני־מסה וארוכי־חיים מכפי שהעריכו מודלים המבוססים על שביל החלב. כוכבים כאלה נחשבים למועמדים המרכזיים לארח מערכות פלנטריות לאורך פרקי זמן ארוכים, ולכן ייתכן שהיו ביקום המוקדם יותר מערכות פלנטריות מכפי שסברו. עם זאת, המחקר עצמו אינו מודד את שכיחותם של כוכבי לכת ואינו מוכיח כמה מערכות כאלה נוצרו.

הצעד הבא: להגיע רחוק יותר בזמן

החוקרים מתכננים ליישם את אותה גישה ספקטרוסקופית — חשיפה עמוקה מאוד וטווח רחב של אורכי גל — על גלקסיות בהסחות לאדום גבוהות יותר. המטרה היא לבדוק אם עודף הכוכבים קטני־המסה אפיין גם את הגלקסיות הקדומות ביותר, סמוך לתקופה שבה נוצרו הכוכבים הראשונים. ככל שהגלקסיה רחוקה וקדומה יותר, חתימות הספקטרום הרלוונטיות מוסחות אל תחום התת־אדום, שבו ג׳יימס ווב יכול לסייע באיתורן.