עזרו לנו למצוא גלקסיות הדומות למדוזה!

אנו קבוצה של חוקרים ממכון מקס פלאנק לאסטרונומיה, ומהאוניברסיטה העברית בירושלים, ואנו מנסים להבין את תהליך ההיווצרות וההתפתחות של גלקסיות ביקום תוך שימוש בסימולציות מחשב קוסמולוגיות מתקדמות. בפרוייקט הזה אנחנו חוקרים את האינטראקציה בין גלקסיות והסביבה שלהן ואיך התפחות הגלקסיות מושפעות מכך.

אז מה הרעיון?

גלקסיות ביקום הינן בעלות צורות שונות ומשונות. גלקסיות מורכבות הן כוכבים והן מגז, והצורות של שני המרכבים יכולות להיות מאוד שונות זו מזו.

בפרוייקט הזה אנו חוקרים את צורת הגז בקלגסיה. במקרים מסויימים, צורת הגז מתאפיינת ב-"זנבות" ארוכים של חומר שנפרד מגוף הגלקסיה המרכזי. גלקסיות כאלה מזכירות בצורתן 'מדוזת ים', כפי שמודגם בסרטון הבא:

	למה אנו מתכוונים ב"גלקסיית מדוזה"?

בפרוייקט זה אנו מעוניים לזהות גלקסיות מדוזה. זיהוי גלקסיות כאלה הינה משימה קלה לעין האנושית, אך קשה מאוד לבצע אותה בצורה אוטומטית. עזרו לנולמצוא את גלקסיות המדוזה מבין אלפי הגלקסיות שבסימולציות המחשב שלנו.

אם ברצונכן/ם לדעת עוד על גלקסיות מדוזה, איך הן נוצרות, ומדוע חשוב לחקור אותן, ראו את הפרק "מהן גלקסיות מדוזה ומדוע נוצרים זנבות גז?" להלן.
 

---

איך מזהים גלקסיית מדוזה?

על מנת לחקור גלקסיות מדוזה, אנו משתמשים באוכלוסיית הגלקסיות מפרויקט הסימולציה IllustrisTNG (ראו בהמשך לעוד מידע). כדי לבצע סיווג של הגלקסיות, אנו נראה לכם תמונה עם גלקסיה במרכזה וכל שנדרש זה לענות על שאלה פשוטה: האם הגלקסיה דומה למדוזה או לא?

חשוב: בכל תמונה יש לסווג רק את הגלקסיה שבמרכז התמונה.

חשוב: בתהליך הסיווג יש להתמקד בצורת הגז המוצגת על ידי הצבעים, מצהוב עד סגול, המייצגים את צפיפות הגז מצפיפות נמוכה לגבוהה.

גלקסיות מורכבות גם מכוכבים כמובן, (ביקום אנו מוצאים גלקסיות בעזרת האור המופץ על ידי הכוכבים בגלקסיה), ועל מנת לסווג את הגלקסיות צריך לדעת את צורת הכוכבים. אנו מראים את סידור הכוכבים בגלקסיה בעזרת קווי המתאר הלבנים.

	מה רואים בתמונות?

בסרט המופיע למטה אנו מראים מספר דוגמאות של סיווג גלקסיות לגלקסיות מדוזה ולכאלה שאינן מדוזה, שסווגו על ידי חברי צוות החוקרים (עבור פרויקט מקדים).

	דוגמאות של תהליך הסיווג

חשוב: גלקסיות מדוזה אינן נפוצות! רוב הגלקסיות שתראו כאן לא יהיו גלקסיות מדוזה (אך יתכן שהן יהיו מאוד מעניינות מסיבה אחרת!).

---

הדרכה, צעד אחר צעד

נתקדם צעד צעד - אנו נראה לכן/ם מספר דוגמאות לסיווג הגלקסיות.
 

גלקסיות מדוזה

בתמונות הבאות יתן לראות דוגמאות מצוינות, לדעתנו, של גלקסיות הנראות כמו מדוזות.

זכרו: זנבות גז יכולים להיות להופיע בכל הגדלים והצורות.
לחלק מגלקסיות המדוזה יש זנבות ארוכים ודקים הנמשכים הרחק מהגוף המרכזי של הגלקסיה (כלומר כוכבים, המיוצגים על ידי קווי המתאר הלבנים). גלקסיות אחרות הן בצורת דיסקה עם זנבות משתרכים כמו מפת שולחן.

חלק מהזנבות בולטים מאוד, בצבעי צהוב וכתום, בעוד שחלקים עשויים להיות חלשים יותר, בצבעי סגול וכחול, שבקושי נבדלים מהרקע.

 

גלקסיות שאינן מדוזה

גלקסיות שלהן מאפיינים של מדוזה, כפי שראינו למעלה, אינן נפוצות.
ברוב המקרים, תתקלו בתמונות של גלקסיות שאינן דומות למדוזה, מכל מיני סיבות.

בהמשך, קיבצנו מספר דוגמאות של גלקסיות שלדעתנו אינן גלקסיות מדוזה, כאשר כל קבוצה מציגה מאפיין מסויים של גלקסיות שאינן מדוזה.

 

גלקסיות שאינן מדוזה - אין זנב!

בדוגמאות הבאות ניתן לראות גלקסיות שאינן גלקסיות מדוזות, משום שהגז בגלקסיה ומסביבה מפוזר באופן סימטרי, פחות או יותר, ולא ניתן למצוא כיוון בו הגז נמתח.

 

גלקסיות שאינן מדוזה - גלקסיות בהן יש מעט מאוד גז

במקרים מסויימים, יש מעט מאוד גז בגלקסיה, ואז לא ניתן לסווג את הגלקסיה. בתמונות הבאות ניתן לראות מספר דוגמאות לכך. לא צריך להלחץ - עושים מה שאפשר!!

 

גלקסיות שאינן מדוזה - יש זנב גז אך הוא אינו מחובר לגלקסיה

לפעמים ניתן לזהות זנבות גז, אך אלה אינן מחוברים לגוף הגלקסיה. לדעתנו, מקרים אלא אינן נחשבים לגלקסיות מדוזה. הנה מספר דוגמאות:

 

גלקסיות שאינן מדוזה - זנבות גז בכיוונים שונים

לעיתים, מוצאים גלקסיה עם גז הנמשך הרחק מגוף הגלקסיה עצמה, אך 'הזנבות' השונים פונים לכל מיני כיוונים שונים. לדוגמא, גלקסיות עם שתי זנבות ברורים בכיוונים הפוכים (עם זווית של 180 מעלות ביניהם), במקרים כאלה, תהליכים פיזיקאלים שונים יוצרים את המצב הזה, אך אנו לא מתעניינים בהם במסגרת הפרוייקט הזה.

אם ישנם מספר זנבות בכיוונים שונים, הם ככל הנראה נוצרו על ידי תהליכים שונים מאלו שאנו מתעניינים בהם. במקרה כזה אין לסווג את הגלקסיה כגלקסיית מדוזה!

להלן מובאות מספר דוגמאות:

 

גלקסיות שאינן מדוזה - גלקסוית עם שכנות קרובות

לקסיות בודדות הן מחזה די נדיר!

לעיתים תמצאו תמונה שבה יש יותר מגלקסיה אחת: כלומר מספר קבוצות של קווי מתאר לבנים.

הנוכחות של 'שכנות' עלולה להשפיע על הגלקסיה במרכז התמונה. במקרים כאלה שבו ישנה אינטראקציה בין גלקסיות, תופעות פיזיקאליות שונות משפיעים על הגלקסיה, אך אנו לא מתעניינים בהן כרגע.

אם ישנה גלקסיה או כמה גלקסיות נוספות, שנראה כי הם משפיעות על הגלקסיה המרכזית, אין לסווג את הגלקסיה כמודזה, אפילו אם היא דומה למדוזה.

 

גלקסיות שאינן מדוזה - בלאגן אחד גדול!

לעיתים נתקלים בתמונה בהם יש המון גז בכל מקום, בבלאגן שלם, גם בתוך וגם מסביב לגלקסיה במרכז.

במקרים כאלו, קשה מאות לומר אם הגלקסיה המרכזית נראית כמו מדוזה. במקרים כאלה, סמכו על עצמכן ועצמכם - אם הגלקסיה נראית לכן/ם כמו מדוזה, למרות הבלאגן, סווגו אותה כזאת! אם זה לא ברור - סווגו אותה כלא-מדוזה.

חשוב: הבאנו כאן דוגמאות לגלקסיות שנראות בבירור כמו כמדוזה, וכאלה שלא. אבל הטבע הוא לרוב מבולגן! במקרים רבים ההבדל בין גלקסיה הדומה למודזה וכזאת שלא דומה אינו ברור כל כך. אל תדאגו ועשו כמיטב יכולתיכן/ם! המטרה היא ליצור קונצנזוס המסתמך על הדעה של רבים, ולא להסתמך על סיווג בודד של תמונה. כאשר ננתח את התוצאות, ניקח בחשבון את מידת ההסכמה בין כל מי שסיווג את התמונה, ויותר מכך, חשוב לנו לדעת אילו גלקסיות היו קשות לסיווג.

כעת ניתן להתחיל לסווג גלקסיות!
אם במהלך תהליך הסיווג תזדקקו לעזרה, ניתן להעזר בהדרכה, או בלשונית המדריך המעשי מימין.

---

 

מהן גלקסיות מדוזה ואיך נוצרים זנבות גז?

מהן גלקסיות מדוזה?

בתצפיות בשמי הלילה ניתן לגלות גלקסיות בעלות צורה משונה, המתאפיינת בזנבות ארוכים של גז הנשרכים מגוף הגלקסיה ומזכירים בצורתם את זרועות המודזה. שלוש דוגמאות של גלקסיות מדוזה אמיתיות מופיעות מטה.
תמונות אלו מורבות משתי סוגי תצפיות (לפחות) - הכוכבים בגלקסיה נראים כענן לבן בצורת דיסקה, בעוד הגז נצבע בצע כחול או אדום לשם הדגשה.

גלקסיות הדומות למדוזה הינן בדרך כלל גלקסיות ללווין הנמצאות בתוך צביר גלקסיות ענק, כלומר גלקסיות הנעות במהירות גדולה סביב גלקסיות גדולות יותר. הכיוון של הזנבות נותנים לגלקסיות אלו מראית עין של תנועה, ואכן, צורת המדוזה הייחודית נוצרת ככל הנראה כתצועה מתנועתן של הגלקסיות בתווך הגזי של צביא הגלקסיות בו הן נמצאות.

ESO 137-001 (NASA)	NGC 4569 (VESTIGE)	JO204 (MUSE)

ניתן ללמוד עוד על תצפיות של גלקסיות מדוזה בפרוייקטי המחקר GASP וכן VESTIGE .

---

 

איך נוצרים הזנבות של גלקסיות מדוזה?

דמיינו שאתן/ם במכונית מהירה הדוהרת במורד הכביש. אם תוציאו את הראש מהחלון (אל תנסו זאת!), השיער הארוך שלכן/ם - יש לכן/ם שיער ארוך בתסריט הזה - יתנופף ברוח בכיוון הפוך לכיוון הנסיעה של המכונית. זנבות הגז של הגלקסיות נוצרים באופן דומה.

הדגמה לכך ניתן לראות בסימולציה הפשוטה הבאה: ענן גז דחוס (הצבוע באדום) נע מימין לשמאל באזור של גז דליל יותר (הצבוע בכחול). ה"מצלמה" של הסרט הזה נעה במהירות ההתחלתית של ענן הגז כך שנראה שענן עומד במקום.

בעקבות תנועת הענן בתוך התווך הגזי, מופעל עליו לחץ (כמעין רוח). ביחס לענן, הרוח מגיעה משמאל לימין. תופעה זו מכונה "לחץ-דחף" (ram-pressure) - כאשר אתם מושיטים יד החוצה מחלון מכונית נוסעת, הרוח שאתם מרגישים היא בעצם אותו לחץ-דחף. הלחץ הזה מעוות את צורת הענן ומוביל ליצירת זנבות של גז הנמשכים אחורה מהענן. מכיוון ש"המצלמה" נעה במהירות ההתחלתית של הענן, כאשר הענן מאט ומתעוות מתקבל הרושם שהענן נע ימינה, אך במערכת ייחוס כללית העומדת במקום, הענן עדיין ינוע מימין לשמאל, עם כי לאט יותר.

סימולציה של תנועת ענן גז

הגז הנמצא בגלקסיות מוחזק במקומו על ידי כוח המשיכה הנוצר על ידי הכוכבים והגז שבגלקסיה. אם הכוח המופעל של ידי "הרוח" הנוצרת כתוצאה מתנועת הגלקסיה (לחץ-דחף) עולה על כוח המשיכה, הגז בגלקסיה נדחף החוצה ויוצר זנב מאורך. הכוכבים בגלקסיה אינן מושפעים מהרוח שכן הם הרבה יותר דחוסים וגודלם קטן מאוד (ביחס לגודלה של הגלקסיה). כמו השיער המתנופף ברוח, כיוון הזנבות מעיד על כיוון התנועה של הגלקסיה.

גלקסיות מדוזה יכולות ללמד אותנו הרבה מאוד אודות תהליך ההיווצרות של גלקסיות והתפתחותן, כמו גם על הסביבה בהן הן נמצאות. על ידי מחקר אודות התהליכים המוצאים גז מהגלקסיה ניתן ללמוד על מאפייני הגז בתוך הגלקסיה וכן על תכונות התווך הגזי בסביבת הגלקסיות.

הגז בגלקסיה מהווה חומר הגלם ממנו נוצרים כוכבים חדשים, כך שאם מוציאים אותו מתוך הגלקסיה, לא יווצרו כוכבים כוכבים נוספים בתוך הגלקסיה. על מנת להבין מדוע גלקסיות מסויימות מפסיקות לייצר כוכבים, חייבים להבין את התהליכים המוציאים את הגז מהגלקסיה.

לאחרונה, תצפיות הראו שבחלק מגלקסיות המדוזה תהליך יצירת הכוכבים דווקא הואץ ולא פסק. במקרים מסויימים אם נמצאו אינדיקציות ליצירת כוכבים בזנבות הגז.

על מנת לחקור שאלות מעניינות אלו, ועוד רבות אחרות, אנו רוצים לחקור גלקסיות מדוזה, אך לפני שנוכל לחקור אותן, צריך למצוא אותן!

---

 

מהו האופן בו אנו מבצעים את המחקר המדעי?

על מנת לחקור גלקסיות מדוזה אנו משתמשים במודלים חישוביים. בפרט, אנחנו עושים שימוש בסימולציית המחשב הקוסמולוגית IllustrisTNG. בסימולציות קוסמולוגיות אנחנו מדמים, בעזרת מחשבי-על, את הווצרות היקום, החל מהמפץ הגדול ועד ימינו. במסגרת הסימולציה נוצרות גלקסיות באופן טבעי מתוך התנאים הקיימים בתחילת היקום, וכך ניתן למצוא אוכלוסייה מגוונת מאוד של גלקסיות בסימולציות, מכל הגדלים והצורות. בסימולציות של פרוייקט IlustrisTNG נמצא שאוכלוסיית הגלקסיות דומה מאוד לגלקסיות שאנו רואים בתצפיות בשמי הלילה, ובפרט, נמצאו גם גלקסיות מדוזה לרוב.

בפרוייקט פיילוט שנערך בקבוצת המחקר שלנו, זיהינו כ-800 גלקסיות מדוזה מתוך אוכלוסייה של כ-2600 גלקסיות, כאשר השיהוי התבצע בעין. תוצאות המחקר הזה פורסמו במאמר Yun et al., 2019. במחקר גילינו שבהינתן תמונה של גלקסיה, קל מאוד לזהות אם זאת מדוזה או לא - המוח האנושי מצטיין בזיהוי דפוסים וברגע שיודעים מה לחפש, ניתן לקבל החלטה בחלקיק שניה.

קחו לדוגמא את שתי התמונות הללו: בתמונות אנו מראים את הגז בשני גלקסיות - הצבעים מייצגים את צפיפות הגז מצפיפות גבוהה (בצהוב) לנמוכה (בכחול), ואילו את התפלגות הכוכבים אנחנו מראים עם קווי המתאר הלבנים (המכילים בתוכם 75%, 80% ו-85% מאוכלוסיית הכוכבים בגלקסיה). מספיק מבט חטוף בשביל לזהות את זנבות הגז המאפיינים גלקסיית מדוזה. s (which עם זאת, בניית מנגנון אוטומטי לביצוע סיווג כזה התגלתה כמשימה מורכבת מאוד.

	גלקסיית מדוזה	גלקסיה שאינה מדוזה

בסימולציות שלנו ישנן כמה מאות-אלפי גלקסיות, שצריך להחליט האם הן גלקסיות מדוזה או לא. משימה כזו נוכל לבצע רק בעזרתכן/ם! מרגע שנוכל לזהות אילו גלקסיות הן גלקסיות מדוזה, נוכל ללמוד מהן כל כך הרבה על הדרך בה הן נוצרו והתפתחו.

הסרטון הבא מציג חלק מהגלקסיות מדוזה שזיהינו בפרוייקט הפיילוט - עזרו לנו לגלות עוד!

	גלקסיות מדוזה שזוהו בפרוייקט הפיילוט