טלסקופ החלל גאיה מספק שפע נתונים חדשים ומדויקים על הגלקסיה שלנו "כאילו הרכבנו פתאום משקפיים שמאפשרים לנו לראות את הגלקסיה כמו שצריך"
התרגשות רבה נרשמה לאחרונה בקרב אסטרופיזיקאים ברחבי העולם, בעקבות פרסום מסד הנתונים החדש, השלישי במספר, של טלסקופ החלל גאיה. הטלסקופ של סוכנות החלל האירופית שוגר בשנת 2013 ומאז ממפה את רחבי הגלקסיה בדיוק חסר תקדים. "זה כאילו הרכבנו פתאום משקפיים שסוף סוף מאפשרים לנו לראות את הגלקסיה כמו שצריך," אמר למכון דוידסון פרופ' שי צוקר, ראש בית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ באוניברסיטת תל אביב, וחבר בצוות עיבוד הנתונים של גאיה. "קודם כל, מבחינת ההבנה שלנו את שביל החלב, זאת קפיצת מדרגה. אבל עושר הנתונים גם בנושאים אחרים – גם מחוץ לגלקסיה וגם בתוך מערכת השמש – הופך את גאיה לכלי חסר תקדים למדענים בכל תחומי האסטרונומיה".
טלסקופ החלל גאיה נמצא במסלול סביב השמש, וסורק את השמיים באופן שיטתי. לאורך שנים אחדות, כל נקודה בשמיים נסרקת עשרות פעמים. הטלסקופ מצויד במכשירי תצפית מתקדמים, שמאפשרים לו למדוד בדיוק רב את המיקום של כל כוכב על פני כיפת השמיים, את המהירות של הכוכב ואת המרחק שלו מאיתנו. בנוסף, נמדדות גם העוצמה והתפלגות הצבעים, או הספקטרום, של אורם של כוכבים רבים. בעזרת המדידות האלה אפשר להרכיב מפה תלת-ממדית של גלקסיית שביל החלב, לאפיין ולסווג את הכוכבים שבה ולהעריך את תכונותיהם הפיזיקליות – כמו מסה, גודל, גיל והרכב כימי.
הנתונים שפורסמו עד כה הובילו לתגליות רבות ומגוונות, ובזכותן אנחנו מבינים טוב יותר את מהלך התפתחותם של כוכבים ושל גלקסיית שביל החלב כולה. כך, למשל, התגלו ראיות למיזוג בין שביל החלב לבין גלקסיה או כמה גלקסיות קטנות יותר לפני כעשרה מיליארד שנה. רבים מהכוכבים שאנו רואים כיום שייכים למעשה לאותה גלקסיה קדומה, שהתמזגה עם זו שלנו.
אוצרות של מידע. ארבע מפות של שביל החלב שיוצרו על פי פרמטרים שונים שמדד טלסקופ החלל גאיה | מקור: ESA/Gaia/DPAC; CC BY-SA 3.0 IGO
עובדים בזוגות
נתונים ראשוניים מהטלסקופ התפרסמו כבר בספטמבר 2016, אבל פרסום מסד הנתונים השני, באפריל 2018, הוא שחולל מהפכה של ממש בחקר הגלקסיה, כשמספר מקורות האור שגאיה הצליחה למדוד את מיקומם המדויק גדל מכ-2 מיליון לכ-1.3 מיליארד. מסד הנתונים השלישי פורסם במלואו לאחרונה, לאחר עיכוב של יותר מחצי שנה בלוח הזמנים, בין היתר בשל מגפת הקורונה, ולאחר פרסום גרסה חלקית שלו כבר בדצמבר 2020. הגרסה הנוכחית כוללת מדידות של 1.8 מיליארד מקורות אור – כוכבים וגלקסיות רחוקות – כמעט 1.5 מיליארד מהם עם נתוני מיקום מלאים ומדויקים יותר מאי-פעם. נוסף על כך, מסד הנתונים כולל לראשונה מדידות של הרכב הצבעים של האור של כמיליון כוכבים בהירים יחסית, ומדידות דומות ברזולוציה נמוכה יותר של כ-220 מיליון מקורות אור.
אחד החידושים העיקריים בגרסה העדכנית של מסד הנתונים הוא ניתוח הנתונים של כוכבים הנמצאים במערכות של שני כוכבים או יותר, המקיפים מרכז משותף. עד כה, הנתונים שנאספו עובדו על סמך ההנחה שכל מקור אור הוא כוכב יחיד. אך למעשה, כוכבים רבים בגלקסיה אינם יחידים, אלא חלק ממערכת בינארית, של שני כוכבים, או אף ממערכת מורכבת יותר. כעת נעשה לראשונה עיבוד של הנתונים שהביא בחשבון את האפשרות שמקור האור הוא צמד כוכבים, וכך התגלו כ-350 מיליון מערכות זוגיות חדשות. "רוב הכוכבים בחלל, בדומה לאנשים בכדור הארץ, מעדיפים לחיות בזוגיות," אמר למכון דוידסון פרופ' צבי מזא"ה מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, שמוביל עם צוקר את הצוות הישראלי המשתתף בעיבוד הנתונים של גאיה, ומתמקד בחקר כוכבים במערכות בינאריות.
"מערכות מרובות כוכבים משמשות מעין מעבדות שדה לבחינת תהליכי היווצרות והתפתחות של כוכבים", אמר ד"ר סהר שחף, שהיה תלמיד של מזא"ה וכיום פוסט-דוקטורנט במכון ויצמן למדע. "מסד הנתונים של גאיה מספק לנו הזדמנות חסרת תקדים ללמוד, למשל, כיצד כוכבים נולדים ומתפתחים ומה נותר מהם לאחר מותם. מעבר לכך, היקפי הנתונים הגדולים מאפשרים גילוי של תופעות נדירות, וסביר שחלקן תהיינה בלתי צפויות. יש למה לצפות".
מדידות של 1.8 מיליארד מקורות אור. מפת שביל החלב על סמך הממצאים של גאיה | מקור: muratart, Shutterstock, ESA
גם כוכבי לכת
מאמץ נוסף, שאותו מובילים צוקר וקבוצת המחקר שלו, בתמיכת סוכנות החלל הישראלית במשרד המדע, הוא חיפוש כוכבי לכת במערכות שמש אחרות בעזרת גאיה. בניגוד למשימות חלל אחרות, כמו טלסקופי החלל TESS וקפלר, גאיה אינה מתמקדת באזור מסוים או בזמן מסוים, אלא צופה בכל נקודה בשמיים עשרות פעמים במשך שנים אחדות. לכן, גם אם זה איננו הייעוד העיקרי של המשימה, אפשר לגלות בעזרת הנתונים של גאיה מעברים של כוכבי לכת על פני הכוכב שהם מקיפים. מסד הנתונים החדש כולל 40 כוכבי לכת אפשריים, ששניים מביניהם כבר אומתו במחקר שהוביל תלמיד המחקר אביעד פנחי.
מזא"ה, צוקר ופנחי אף יזמו שיתוף פעולה בין גאיה לבין טלסקופ החלל TESS, המשמש לחיפוש כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש. במסגרת הפרויקט, הנתונים מגאיה, שלה יכולת הפרדה זוויתית (רזולוציה) גבוהה, משמשים לפסילת מועמדים לכוכבי לכת שנמצאו על ידי TESS.
הגרסה הבאה של מסד הנתונים של גאיה צפויה להתפרסם בעוד שנתיים לפחות. היא תכלול מידע רב ומדויק אף יותר, וכן חלק גדול יותר מהנתונים הגולמיים ששימשו ליצירת המסד. בינתיים תוכל הקהילה האסטרונומית לנצל את העושר הרב והמגוון של הנתונים הנוכחיים, ולהעמיק את ידיעותינו על מערכת השמש, על שביל החלב, על הגלקסיות השכנות ואף על גלקסיות רחוקות.
