כמה כוכבים יש בשביל החלב?

פנורמה של שביל החלב

צלם שמי הלילה עמית אשוק קמבל צילם את הפנורמה המדהימה הזו של שביל החלב מעל חוף פאקירי, ניו זילנד על ידי תפירת 10 תמונות יחדיו לפסיפס שלם. התמונה נשלחה ב- 5 במאי 2014. (קרדיט תמונה: עמית אשוק קמבל)



שביל החלב הוא הגלקסיה שבה כדור הארץ שוכן. חלקו נראה בלילה בהיר מכדור הארץ, כמו להקת כוכבים עבה המשתרעת על פני השמים. אנו יכולים לראות אלפי כוכבים אלה בעין בלתי מזוינת, ועוד רבים אחרים בטלסקופ. אבל כמה כוכבים יש בשביל החלב?



״זו שאלה מפתיעה שקשה לענות עליה. אתה לא יכול פשוט לשבת ולספור כוכבים, בדרך כלל, בגלקסיה ', אמר דייוויד קורנרייך, פרופסור באוניברסיטת איתקה בניו יורק. הוא היה מייסד השירות 'שאל אסטרונום' באוניברסיטת קורנל.

אפילו בגלקסיה של אנדרומדה-שהיא בהירה, גדולה וקרובה יחסית לכדור הארץ, במרחק 2.3 מיליון שנות אור-רק הכוכבים הגדולים ביותר וכמה כוכבים משתנים (בעיקר משתני קפאיד) מוארים מספיק כדי להאיר בטלסקופים ממרחק זה. כוכב בגודל שמש יהיה לנו קשה מדי לראות. אז מעריכים אסטרונומים, בעזרת כמה מהטכניקות שלהלן.

מבנה שביל החלב



מתוך תצפיות, אסטרונומים יודעים כי שביל החלב היא גלקסיה ספירלית חסומה שאורכו כ- 100,000 שנות אור. מבט אל מחוץ לגלקסיה יחשוף בליטה מרכזית המוקפת בארבע זרועות, שתיים גדולות ושני מינוריות. זרועותיו העיקריות של שביל החלב ידועות בשם פרסאוס וקשת. השמש ממוקמת באחד משני דורבנים קטנים, הנקראים זרוע אוריון.

לגלקסיה יש גם סביבת הילה גז חמה ענקית שקוטרה כמה מאות אלפי שנות אור. אסטרונומים מעריכים כי ההילה היא מסיבית לא פחות מכל הכוכבים בשביל החלב. אולם, רבים מכוכבי שביל החלב קשים לצפייה. הסיבה לכך היא שבמרכז הגלקסיה יש בליטה גלקטית מלאה בכוכבים, גז ואבק - כמו גם חור שחור -מסיבי. אזור זה עבה כל כך בחומרים שאפילו טלסקופים רבי עוצמה אינם יכולים לראות דרכו. אסטרונומים אינם בטוחים מתי וכיצד נוצרה הבליטה; יש הטוענים שההיסטוריה המוקדמת של שביל החלב השתנתה כאשר הגלקסיה התנגשה באחת אחרת.

אסטרונומים נהגו לחשוב שכל הכוכבים ביקום ממוקמים בתוך שביל החלב, אך זה השתנה בשנות העשרים. האסטרונום אדווין האבל השתמש בכוכב בשם משתנה Cepheid כדי למדוד מרחקים בשמיים. משם למדו האסטרונומים כי קיימות גלקסיות שלמות ביקום הנפרדות משביל החלב.

חקירה מאסיבית



הדרך העיקרית בה אסטרונומים מעריכים כוכבים בגלקסיה היא על ידי קביעת מסת הגלקסיה. המסה נאמדת על ידי התבוננות כיצד מסתובבת הגלקסיה, כמו גם הספקטרום שלה באמצעות ספקטרוסקופיה.

כל הגלקסיות מתרחקות זו מזו, ואורן מועבר לקצה האדום של הספקטרום מכיוון שזה מותח את אורכי הגל של האור. זה נקרא ' הזזה אדומה . ' עם זאת, בגלקסיה מסתובבת יהיה חלק שהוא יותר ב'הזזה 'מכיוון שחלק זה נע מעט לכיוון כדור הארץ. אסטרונומים חייבים גם לדעת מה הנטייה או הכיוון של הגלקסיה לפני שהם מעריכים אומדן, שהוא לפעמים רק 'ניחוש משכיל', אמר קורנרייך.

טכניקה הנקראת 'ספקטרוסקופיה עם חריץ ארוך' היא הטובה ביותר לביצוע עבודות מסוג זה. כאן, אובייקט מוארך כגון גלקסיה נצפה מבעד לחריץ מוארך, והאור נשבר באמצעות מכשיר כגון פריזמה. זה פורץ את צבעי הכוכבים לצבעי הקשת.



חלק מהצבעים האלה יחסרו, ויציגו את אותם 'דפוסים' של חלקים חסרים כאלמנטים מסוימים בטבלה המחזורית. זה מאפשר לאסטרונומים להבין אילו יסודות יש בכוכבים. לכל סוג כוכב יש טביעת אצבע כימית ייחודית שתופיע בטלסקופים. (זהו הבסיס לרצף ה- OBAFGKM בו משתמשים אסטרונומים להבחין בין סוגי כוכבים.)

כל סוג של טלסקופ יכול לבצע עבודות ספקטרוסקופיה מסוג זה. קורנרייך משתמש לעתים קרובות בטלסקופ בגודל 200 אינץ 'במצפה הכוכבים פאלומאר במכון הטכנולוגי של קליפורניה, אך הוא הוסיף כי כמעט כל טלסקופ בגודל מספיק יהיה מספיק.

האידיאל יהיה שימוש בטלסקופ במסלול כי פיזור מתרחש באטמוספירה של כדור הארץ מזיהום אור וגם מאירועי טבע - אפילו משהו פשוט כמו שקיעה. ה טלסקופ החלל האבל הוא אחד מצפה הכוכבים הידוע בעבודות מסוג זה, הוסיף קורנרייך. מצפה כוכבים עוקב הקרוי 'טלסקופ החלל ג'יימס ווב' צפוי לשגר בשנת 2020. האתגר, עם זאת, הוא שהאבל הוא טלסקופ המבוקש במיוחד - ואותו הדבר צפוי מבווב לאחר שיגורו. אז המצפים אינם יכולים להשקיע את כל זמנם בהערכת מסת גלקסיה.

כמה מהמסה הם כוכבים?

בין גלקסיות שונות מאותה מסה יכולות להיות שונות לגבי סוגי הכוכבים והמסה הכוללת. קורנרייך הזהיר כי יהיה קשה מאוד לדבר על זה באופן כללי, אך אמר כי הבדל אחד יכול להיות הסתכלות על גלקסיות אליפטיות לעומת גלקסיות ספיראליות כמו שלנו, שביל החלב . לגלקסיות אליפטיות יש יותר כוכבי גמד אדומים מסוג K ו- M מאשר גלקסיות ספיראליות . מכיוון שגלקסיות אליפטיות ישנות יותר, יהיה להן פחות גז כיוון שהן התפוצצו במהלך האבולוציה שלהן.

ברגע שקובעים את המסה של גלקסיה, הדבר המסובך הנוסף הוא להבין כמה ממסה זו עשויה מכוכבים. רוב המסה תהיה מורכבת מחומר אפל, סוג של חומר שאינו פולט אור אך הוא האמין כי הוא מהווה את רוב המסה של היקום.

'אתה צריך לדגמן את הגלקסיה ולראות אם אתה יכול להבין מהו אחוז מסה הכוכבים ההיא', אמר קורנרייך. 'בגלקסיה טיפוסית, אם אתה מודד את המסה שלה על ידי הסתכלות על עקומת הסיבוב, כ -90 אחוזים מזה הם חומר אפל.'

כאשר חלק גדול מה'חומרים 'הנותרים בגלקסיה מורכב מגז ואבק מפוזר, העריך קורנרייך כי כ -3 אחוזים ממסת הגלקסיה יהיו מורכבים מכוכבים, אך זה יכול להשתנות. יתר על כן, גודל הכוכבים עצמו יכול להשתנות מאוד ממשהו בגודל השמש שלנו, למשהו קטן או גדול פי עשרות. מספר הכוכבים הוא בערך ...

אז האם יש דרך להבין כמה כוכבים זה בטוח? בסופו של דבר זה מסתכם בהערכה. בחישוב אחד, לשביל החלב יש מסה של כ -100 מיליארד מסות שמש, כך שהכי קל לתרגם את זה ל -100 מיליארד כוכבים. זה מתייחס לכוכבים שיהיו גדולים או קטנים מהשמש שלנו, וממוצע אותם החוצה. עם זאת, המסה קשה לחישוב - הערכות אחרות אמרו כי למסה של הגלקסיה יש בין 400 מיליארד ל -700 מיליארד מסות שמש.

משימת גאיה של סוכנות החלל האירופית ממפה את מיקומם של כמיליארד כוכבים בשביל החלב. ב- ESA אומרים שגאיה תמפה אחוז אחד מתכולת הכוכבים בשביל החלב , המעמיד את אומדן סך הכוכבים בגלקסיה שלנו על 100 מיליארד. המטרה של גאיה היא ליצור את המפה התלת מימדית הטובה ביותר אי פעם של שביל החלב.

האזהרה, אמר קורנרייך, היא שהמספרים האלה הם קירוב. דגמים מתקדמים יותר יכולים להפוך את הקירוב ליותר מדויק, אך יהיה קשה מאוד לספור את הכוכבים אחד אחד ולומר לך בוודאות כמה יש בגלקסיה.