בגלקסיה רחוקה, רחוקה מאוד: מדענים במצפה הכוכבים הגדול מילימטר/תת מילימטר (ALMA) שבאטקמה, צ'ילה, זיהו מולקולות מים (H2O), יחד עם פחמן חד-חמצני (CO) בגלקסיה SPT0311-58, הגלקסיה המסיבית ביותר ביקום המוקדם, המרוחקת 12.88 מיליארד שנות אור מכדור הארץ. תוצאות התגלית פורצת הדרך פורסמו בכתב העת Astrophysical Journal.
מאחר שהיקום מתפשט, פירושו של דבר שהאור שנקלט במצפה הכוכבים בצ'ילה עזב את הגלקסיה לפני 12.88 מיליארד שנה – 780 מיליון שנה בלבד אחרי המפץ הגדול. גילויים של מים ופחמן חד-חמצני בגלקסיה רחוקה ועתיקה כל כך מעיד על כך שיסודות כמו מים, מימן ופחמן התרכבו יחד למולקולות זמן קצר אחרי שהיסודות נוצרו בכוכבים הראשונים.
אבני הבניין לחיים היו בנמצא גם ביקום הקדום
הגלקסיה SPT0311-58 מורכבת למעשה משתי גלקסיות שהתגלו לראשונה על ידי הטלסקופים של ALMA ב-2017. במרחק ובזמן שלה מאיתנו, הגלקסיות שייכות לתקופה שנקראת "עידן היינון מחדש" (Reionization), כשהיקום היה כ-5% מגילו הנוכחי וכשהכוכבים והגלקסיות הראשונים נולדו. יחד, שתי הגלקסיות הן הגדולות ביותר שהתגלו בראשית היקום.
המדענים מאמינים ששתי הגלקסיות מתמזגות (כלומר התמזגו בעבר הרחוק מאוד, שרק עתה נגלה לעינינו), ושקצב היווצרות הכוכבים המהיר בגלקסיות – מהיר אלפי מונים מקצב היווצרות הכוכבים בגלקסיית שביל החלב שלנו – מכלה את מלאי הגז שלהן, החומר שממנו נוצרים כוכבים. כך או כך, ההערכות הן שבסופו של דבר הגלקסיות יתמזגו ויהפכו לגלקסיה אליפטית מסיבית, בדומה לגלקסיות שאנו רואים ביקום הקרוב אלינו, כמו שביל החלב וגלקסיית אנדרומדה השכנה, שאף הן יתמזגו בעתיד.
galaxies-primordial-lg.jpg
nrao21ao18_Sreevani_FarawayH20_Composite-2048x1365.jpg
כעת, מדענים ב-ALMA ערכו את המחקר המקיף ביותר עד כה על הרכב הגז המולקולרי ביקום המוקדם. מדענים יכולים לזהות יסודות ומולקולות בעזרת ספקטרוסקופיה: מאחר שכל חומר בולע אור בצורה קצת שונה, לכל חומר יש חתימה ספקטרלית שונה. על ידי ניתוח האור שמשתקף בגז ב-SPT0311-58, הם מצאו שפע של מים ופחמן חד-חמצני בגדולה מבין שתי הגלקסיות, מה שמוכיח כי שתי אבני הבניין לחיים כפי שאנו מכירים אותם נמצאו ביקום כבר לפני 12.88 מיליארד שנה.
תעלומות חדשות
חמצן ופחמן הם שני יסודות מהדור הראשון, כלומר הם נוצרו הרבה לפני יסודות כבדים יותר כמו ברזל, למשל. ביקום הקרוב אלינו, כלומר הוותיק יותר, מים הם המולקולה השלישית הנפוצה ביותר, אחרי מימן מולקולרי ופחמן חד-חמצני. באמצעות חקר מולקולות ביקום המוקדם, מדענים מקווים לשפוך אור חדש על האבולוציה של היקום.
אבל המחקר הנוכחי לא רק ענה על השאלה מתי נוצרו לראשונה מים ביקום, אלא גם פתח שאלה חדשה לגמרי: כיצד נשאר כל כך הרבה גז ואבק בגלקסיות הראשונות הללו, אם כל הגז והאבק הזה שימש ליצירת הכוכבים באותן גלקסיות? המדענים הצליחו לזהות את חתימת המולקולות הרחוקות באור העמום והמוסח לאדום של הגלקסיה אך ורק בזכות העובדה שב-SPT0311-58 יש המון גז ואבק, שהכוכבים מאירים אותו מאחור ומאפשרים לנו לנתח את הרכבו. למעשה, ב-SPT0311-58 יש הרבה יותר גז ואבק מאשר בשביל החלב, אבל גם הרבה יותר מאשר בגלקסיות אחרות בנות גילה וזוהי תעלומה שב- ALMA מתכוונים להמשיך לחקור.