הכבידה של שביל החלב עלולה לחקות סימנים של חומר אפל בזרמי כוכבים

זרמי כוכבים הם גלאים קוסמיים — אבל לא מושלמים

זרמי כוכבים הם שאריות ארוכות ודקות של צבירי כוכבים או גלקסיות לווייניות שהתפרקו תחת כוח הכבידה של גלקסיה גדולה. משום שהם נראים כמו סרטים צרים בשמי הלילה, אסטרונומים משתמשים בהם כדי לחפש הפרעות זעירות במסלולם — ובין היתר, סימנים למעבר של תתי־מבנים של חומר אפל.

אלא שמחקר חדש של אוניברסיטת וושינגטון, שפורסם ב-27 באוגוסט בכתב העת The Astrophysical Journal, מוסיף הסתייגות חשובה: גם החומר הרגיל של שביל החלב ושדה הכבידה הלא אחיד שלו יכולים ליצור חלק גדול מאותם סימנים. 6

הממצא אינו מבטל את זרמי הכוכבים ככלי לחקר חומר אפל. הוא מבהיר שראשית יש לחשב מה שביל החלב עצמו מסוגל לעשות לזרם — ורק אחר כך לייחס את החריגות למבנים בלתי נראים.

מה בדקו הסימולציות?

החוקרים יצרו מודלים של ארבע גלקסיות בעלות מסה ומבנה הדומים לאלה של שביל החלב. הם הסירו מהניסוי בכוונה את תתי־המבנים של החומר האפל, ולאחר מכן שיבצו בסביבות האלה כ-15,000 זרמי כוכבים. המערכות התפתחו במשך חמישה מיליארד שנים מדומות.

כך ניתן היה לבודד שאלה אחת: אילו עיוותים יכולה הכבידה של גלקסיה מארחת ליצור בזרם כוכבים, גם בלי מפגש עם תת־מבנה של חומר אפל?

כמעט כל הזרמים נעשו לא סדירים

התשובה הייתה שעיוותים הם תופעה נפוצה מאוד. כמעט כל הזרמים בסימולציה פיתחו מאפיינים כגון:

• פערים;
• עיקומים ושינויי כיוון;
• שלוחות וענפים; וכן
• גושים וחריגות נוספות ממסלול כוכבי חלק. 6

לפי תוצאות המחקר, רק כ-1% מהזרמים המדומים נותרו חלקים לחלוטין. 6 לכן, זרם לא סדיר אינו מהווה כשלעצמו הוכחה לכך שתת־מבנה של חומר אפל חלף דרכו.

הגורם המרכזי לעיוותים היה הדיסקה הכוכבית הלא אחידה של הגלקסיה המארחת. כאשר זרם חצה אזורים צפופים יותר, הוא עבר דרך נוף כבידתי משתנה. המשיכה הלא אחידה הזו יכולה לכופף, למתוח ואף לקרוע את הזרם — וליצור מבנים שנראים דומים לאלה שמצפים לראות בעקבות מפגש עם תת־מבנה של חומר אפל. 6

קו בסיס, לא הפרכה

המשמעות של המחקר היא שינוי באופן שבו יש לפרש את העדויות מזרמי כוכבים, לא ביטול הערך שלהן. פער או עיקול עדיין עשויים להיגרם מתת־מבנה של חומר אפל, אך יש להשוות אותם תחילה לעיוותים ששביל החלב מסוגל לייצר בעצמו.

הניסוי, שבו לא נכללו תתי־מבנים של חומר אפל, יצר למעשה קבוצת ביקורת להשפעות של הגלקסיה המארחת. סימולציות עתידיות יוכלו להשתמש בקו הבסיס הזה כדי לבדוק אילו מאפיינים מופיעים בתדירות גבוהה יותר — או בצורה שונה — כאשר מוסיפים למודל תתי־מבנים של חומר אפל. 6

ההשוואה הזו חיונית: בלעדיה קיים סיכון ל"חיוביים שגויים" — עיוותים רגילים שנגרמים מהדינמיקה של שביל החלב, אך מפורשים בטעות כעדות למבנים בלתי נראים.

מה עשוי להוסיף מצפה רובין?

מצפה הכוכבים ורה סי. רובין, ובו טלסקופ הסקר סימוני, צפוי לחשוף זרמי כוכבים רבים יותר וחלשים יותר ולספק תמונה מפורטת יותר של המבנה שלהם. מדגם תצפיות גדול יותר יאפשר להשוות בין זרמים אמיתיים לבין סימולציות שמדגמנות בנפרד את הכבידה של שביל החלב ואת השפעתם של תתי־מבנים של חומר אפל. 6

השלב הבא אינו נטישת זרמי הכוכבים, אלא הפיכת השיטה לבררנית ומדויקת יותר. שילוב של סימולציות מציאותיות של הגלקסיה המארחת, מודלים הכוללים תתי־מבנים של חומר אפל ומפקד הולך וגדל של זרמים ממצפה רובין עשוי לעזור לאסטרונומים להבחין בין עיוותים שהם תוצאה רגילה של הדינמיקה הגלקטית לבין סימנים שעשויים להצביע באמת על חומר אפל.