כאשר גלקסיה קטנה מתפוגגת קרוב מדי לשביל החלב, כוח המשיכה מהגלקסיה הגדולה יותר שלנו מתהפך עליה. גז וכוכבים נקרעים מהגלקסיה החולפת כשהם נופלים פנימה לעבר אבדונה ויוצרים זרמי חומר הנמתחים בין הזוג הגלקטי. נחלים אלו ממשיכים לקרוע כוכבים עד שהאובייקט המפרץ נצרך לחלוטין. לאחר סיום המיזוג, כמה מהסימנים היחידים שנותרו לאובייקט הטרוף הם נחלי הכוכבים הנחשים דרך שביל החלב, דגימה קטנה של כוכבים מגלקסיה מזמן.
בנוסף להיותו תיעוד של העבר, אחד מהזרמים הללו עשוי לספק עדות ישירה ראשונה לאשכולות בקנה מידה קטן של חומר אפל - החומר החמקמק האמין כי הוא מהווה 85 אחוז מכל החומר ביקום. ניתוח שנערך לאחרונה על שובל של כוכבים מגלה שהוא היה בקשר עם חפץ צפוף במאות מיליון השנים האחרונות. לאחר שלילת החשודים הסבירים ביותר, החוקרים קבעו כי ייתכן שהפער שנעשה לאחרונה בנחל נגרם כתוצאה מגוש קטן של חומר אפל. אם יאושר, הבדיות של זרם מהממים הזה יכולים לעזור למדענים לעבור על התיאוריות המתחרות על חומר אפל ואולי אפילו להתקרב למאפייני החומר המסתורי.
זרם הכוכבים המכונה GD-1 הוא זרימה דקה של חומר שתוחב בתוך ההילה הגלקטית, אוסף הכוכבים והגזים הרפויים המקיפים את דיסק שביל החלב. בעזרת נתונים שפורסמו באפריל האחרון מטלסקופ החלל האירופי של סוכנות החלל האירופית, הנמצא בתהליך הרכבת המפה הכי מפורטת של כוכבי שביל החלב שיצרו אי פעם, אסטרונומים הצליחו להשתמש בנתונים מיקוםיים מדויקים כדי לשחזר את תנועת הכוכבים ב- GD -1. הנחל נקרע מענן חומר, הוא השריד האחרון לחפץ שנצרך ככל הנראה על ידי הגלקסיה שלנו ב -300 מיליון השנים האחרונות - קישור עין לטווחי זמן אסטרונומיים.
עיבוד של אמן במצפה הכוכבים בחלל הגאיה של ה- ESA, טלסקופ אסטרומטריה שנועד למדוד את תנוחות הכוכבים ותנועותיהם. (ESA / NASA) גאיה מצאה שתי הפסקות קטנות בנחל, התצפית החד-משמעית הראשונה על פערים בנחל כוכבים, כמו גם אוסף כוכבים צפוף המכונה שלוחה. יחד, תכונות אלה רומזות כי חפץ קטן אך מאסיבי טלטל את חומר הנחל.
"אני חושב שזו הראיה הדינאמית הישירה הראשונה למבנה הקטן של החומר האפל", אומר אדריאן פרייס-וולאן, אסטרונום במכון פלטירון בניו יורק. בעבודה עם אנה בונאקה מהמרכז לאסטרופיסיקה של הרווארד-סמיתסוניאן, פרייס וולאן חקר את המבנים החדשים ב- GD-1 כדי לקבוע את מקורם והציג את התוצאות מוקדם יותר השנה בישיבת החורף של האגודה האמריקאית לאסטרונומיה.
**********
בערך 33, 000 שנות אור (10 קילופארסק), GD-1 הוא הזרם הכוכב הארוך ביותר בהילה הגלקטית. בעוד שפרייס-וולן ועמיתיו הצליחו להשתמש במודלים כדי להראות שאחד הפערים שנוצרו במהלך דור הנחל, הפער האחר נותר בגדר תעלומה. עם זאת, יחד עם הפאזל, חשפה גאיה גם פיתרון: השלוחה.
כאשר חפץ עובר ליד או דרך זרם כוכבים, הוא משבש את הכוכבים. Price-Whelan משווה את ההפרעה לסילון אוויר חזק הנושף על פני זרם מים. המים - או הכוכבים - זורמים החוצה לאורך נתיב המשבש, ויוצרים פער. חלקם נעים כל כך מהר שהם בורחים מהנחל ויוצאים לעוף לחלל, אבודים לנצח. אחרים נמשכים חזרה אל הנחל כדי ליצור תכונות דמויי סוערים שאסטרונומים מכנים דרבנים. אחרי כמה מאות מיליון שנים, רוב הדרבנים מתמזגים בחזרה לנחל, ורק הפער נותר, אם כי חלקם יכולים להיות בעלי חיים ארוכים יותר.
כשמדובר באיתור מבנים בנחלים מהממים, Price-Whelan מכנה את GD-1 "נחל גולדילוקס" מכיוון שהוא בדיוק במקום הנכון. GD-1 נמצא בכוכבי שביל החלב, אך נע בכיוון ההפוך, מה שמקל על האסטרונומים לבחור את הכוכבים בזרם מהעצמים שמסביב. "בכל מקום נתון זה נע אחרת מכפי שרוב הכוכבים האחרים בחלק זה של השמים נעים", אומר פרייס-וולאן.
החוקרים מדגמים איזה סוג של חפצים יכול להיות אחראי לשלוחה יחסית יחסית של הילודים שנראתה ב- GD-1. הם קבעו שהאובייקט האחראי צריך לשקול עם מסה אי שם שבין מיליון למאה מיליון פעמים ממסת השמש. אורכו של כ -65 שנות אור (20 יח ') בלבד, היה צפוף להפליא. האינטראקציה בין הנחל לאובייקט הצפוף הייתה ככל הנראה מתרחשת במאות מיליון השנים האחרונות מתוך חיי החיים של ה -13.8 מיליארד שנה.
תרשים של הגלקסיה שלנו, שביל החלב. (NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC / Caltech)) חומר אפל אינו האובייקט היחיד שיכול היה לשבש את זרם הכוכבים. אשכול כדורי או גלקסיה ננסית שזזו בקרבת מקום יכלו גם הם ליצור את הפער והדרבן. Price-Whelan ועמיתיו הפנו את מבטם אל כל חפצים ידועים כאלה וחישבו את מסלוליהם, וגילו שאיש מהם לא התקרב מספיק ל- GD-1 במיליארד השנים האחרונות כדי לטלטל את העניינים. מפגש מקרי עם חור שחור קדמוני יכול היה להעביר את כוכבי הנחל לעוף, אבל זה היה אירוע נדיר ביותר.
על פי הדמיות של חומר אפל המאפשרים מבנים קטנים, עשרות זרעי החומר האפל פזורים בגלקסיות כמו שביל החלב. זרם כמו GD-1 צפוי להיתקל לפחות בזרע כזה לפחות במהלך 8 מיליארד השנים האחרונות, מה שהופך חומר אפל למצב סביר בהרבה על סמך שיעורי המפגש מכל חפץ אחר.
**********
חומר אפל מהווה את עיקר המסה ביקום, אך הוא מעולם לא נצפה ישירות. שתי התיאוריות המובילות לקיומו הן מודל החומר האפל החם ומודל החומר האפל הקר של למבדה (ΛCDM), שהוא המודל המועדף על ידי מרבית המדענים. תחת ΛCDM, חומר אפל יוצר גושים שיכולים להיות גדולים כמו גלקסיה או קטנים כמו פחית סודה. מודלים של חומר אפל חמים מציעים כי לחומר יש חלקיקים פחות מאסיביים וחסר את המבנים בגודל הפחית שמודל ΛCDM מציע. מציאת ראיות למבנים בקנה מידה קטן של חומר אפל עשויה לעזור להפסיק דגמים מסוימים ולהתחיל לצמצם חלק מהמאפיינים של הדברים המרתקים.
"נחלים עשויים להיות השדרה היחידה בה אנו יכולים [להשתמש] כדי לחקור את הקצה המוני הנמוך ביותר של מה שעושה חומר אפל", אומר Price-Whelan. "אם אנו רוצים להיות מסוגלים לאשר או לדחות או לשלול תיאוריות שונות של חומר אפל, אנו באמת צריכים לדעת מה קורה בסוף [הנמוך]."
הנתונים של גאיה עזרו בזיהוי כוכבי השלוחה, אך הם לא מספיק מפורטים כדי להשוות בין הבדלי המהירות בינם לבין הכוכבים בנחל, מה שיכול לעזור לאשר שחומר אפל הפריע למבנה. Price-Whelan ועמיתיו רוצים להשתמש בטלסקופ החלל האבל של נאס"א כדי לחקור עוד יותר את תנועת הכוכבים הקלושים ב- GD-1. למרות שגאיה פתחה את הדלת לבחינה רחבה של תנועת הכוכבים לאורך שביל החלב, Price-Whelan אומרת שהיא לא יכולה להתחרות ב- HST כשמדובר בכוכבים קלושים מאוד. "אתה יכול לקדוח הרבה יותר עמוק כשיש לך טלסקופ ייעודי כמו האבל, " הוא אומר.
ההבדלים באופן שבו כוכבי הזרם והזוהר נעים יכולים לעזור לאסטרונומים לקבוע כמה אנרגיה נשא האובייקט המטריד, כמו גם לאפשר לחוקרים לחשב את מסלולו. ניתן להשתמש בנתוני מידע אלה כדי לאתר את גוש החומר האפל המשבש ולחקר את סביבתו המיידית.
בנוסף לביצוע מחקר מעמיק יותר של GD-1, אסטרונומים מתכננים ליישם את אותן טכניקות שמאפשרות הנתונים של גאיה על חלק מיותר מ -40 הנחלים האחרים המקיפים את שביל החלב. איתור דרבנים ופערים בזרמים אחרים וקשירתם לחומר אפל יכולים לשפר עוד יותר את ההבנה שלנו כיצד החומר המסתורי מתקשר עם הגלקסיה הנראית לעין.
לאחר עשרות שנים של תמיהה סביב תעלומת החומר האפל, הפערים והדרבנות בזרמים מהממים כמו GD-1 עשויים סוף סוף לעזור לחשוף את סודות החומר המרכיב את רוב היקום. "זה אחד הדברים המרגשים שיצאו מגאיה", אומר Price-Whelan.
