מחפשים מים ביקום הקדום

המפתח לחיפוש אחר חיים אחרים ביקום הוא, בראש ובראשונה – מים. ללא מים אין חיים, ובמקום שיש בו מים, יש סיכוי למצוא חיים. כעת גילה צוות חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב ומאוניברסיטת הרווארד כי ביקום הקדום היו הרבה יותר מים משסברו המדענים עד היום. המשמעות: סיכוי מוגבר להימצאותם של מים – ומכאן גם חיים – בכוכבי לכת במרחבי היקום. 

"כל הגלקסיות, הכוכבים וכוכבי הלכת המוכרים לנו היום נולדו מתוך ענני גז גדולים, שנוצרו במפץ הגדול, לפני 13.7 מיליארד שנים," מסביר שמואל ביאלי, שהוביל את המחקר במסגרת עבודת הדוקטורט שלו בבית הספר לפיסיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל-אביב, תחת הנחייתו של פרופ' עמיאל שטרנברג. "עד היום מקובל היה לחשוב שהתנאים באותם עננים קדמוניים מנעו היווצרות של מים בכמויות משמעותיות. במחקר שלנו גילינו, 

להפתעתנו, שכמות אדי המים בענני הגז הייתה גדולה בהרבה משסברנו."

המחקר בוצע בשיתוף עם פרופ' אבי לייב, ראש המחלקה לאסטרונומיה באוניברסיטת הרווארד, במסגרת התכנית לאסטרונומיה אוניברסיטת תל-אביב – אוניברסיטת הרווארד על שם ריימונד ובברלי סאקלר. המאמר פורסם לאחרונה בכתב העת Astrophysical Journal Letters.

ענני גז קדמוניים

"כשהיקום היה צעיר, בן כמיליארד שנה בלבד, הכוכבים שאנו מכירים היום רק החלו להיווצר," אומר ביאלי. "רוב החומר ביקום התרכז בענני גז גדולים, שהורכבו בעיקר מהיסודות הכימיים הקלים ביותר – מימן והליום. הכוכבים, כמו השמש שלנו, וכוכבי הלכת שמסתובבים סביבם, נוצרו בהמשך, כתוצאה מהתכווצות וקריסה של ענני הגזים - בתהליך שארך מיליארדי שנים, ונמשך גם היום."

עד היום מקובל היה לחשוב שאותם ענני גז הראשוניים הכילו מעט מאוד מולקולות של מים (H2O), וזאת משתי סיבות עיקריות: "ראשית, החמצן הדרוש ליצירת מים היה נדיר מאוד בראשית היקום," מסביר ביאלי. "שנית, מולקולות שבכל זאת נוצרו בעננים היו חשופות לקרינה אולטרה-סגולית (UV) - קרינה  המפרקת מולקולות – בעוצמה גדולה מאוד. בענני גז הקיימים היום בגלקסיה שלנו, המולקולות מוגנות על ידי כמות גדולה של אבק, שסופג את הקרינה. אך האבק הזה התהווה רק במהלך העידנים, כתוצר של תהליכי יצירה ופיצוץ של כוכבים. ענני הגז הקדומים היו נקיים כמעט לחלוטין מאבק, ולכן הקרינה שחדרה אליהם הייתה חזקה והרסנית הרבה יותר."

פותרים משוואות מולקולריות

כדי לבדוק כמה מים היו באמת בענני הגז הקדומים, ביצעו חברי הקבוצה מחקר תיאורטי: הם פתרו משוואות כימיות המבטאות את קצב היצירה וההריסה של מולקולות המים בתנאים ששררו בענן. "בחרנו לבסס את החישוב על סביבה (תיאורטית) שבה כמות החמצן קטנה פי אלף מזו שאנו מוצאים היום בענני גז בגלקסיה שלנו," אומר ביאלי. "לכן ציפינו למצוא כמות זניחה של מולקולות מים - קטנה פי אלף מזו שבעננים העכשוויים. אך התוצאות היו מפתיעות: על פי החישובים שלנו, שכיחות אדי המים בעננים הקדמונים הייתה גבוהה פי 100 מששיערנו – ודומה מאוד לשכיחותם בענני הגז כיום! אם כי חשוב מאוד לציין שבעידן הנוכחי, העננים מכילים, בנוסף לאדי המים, גם כמות גדולה של קרח – כלומר מים במצב צבירה מוצק."

מה ההסבר לכך? מדוע בכל זאת, על אף התנאים הקשים, נוצרה בענני הגזים הקדומים כמות גדולה יחסית של מולקולות מים? לדברי ביאלי, התשובה טמונה בטמפרטורה: "מחקרים קודמים, של פרופ' אבי לייב ואחרים, הראו כי בעננים של ראשית היקום שררה טמפרטורה גבוהה יחסית, הדומה לטמפרטורת החדר - כ-30 מעלות צלסיוס. לעומת זאת, הטמפרטורה בענני הגזים היום נמוכה מאוד – מתחת ל-200- מעלות צלסיוס. ההתקררות נגרמת על ידי יסודות כמו פחמן וחמצן – תוצרים של כוכבים וכוכבי לכת, שהיו נדירים ביקום הקדום, אך מצויים בשפע בענני הגז של היום." בעקבות הממצאים סבורים החוקרים כי הטמפרטורה הגבוהה האיצה את תהליך יצירתן של מולקולות המים בענני הגז הקדומים - במידה שהצליחה לפצות ואף להתגבר על פגיעת הקרינה ומיעוט החמצן. 

"ענני הגז הקדמונים היו חומר הגלם שממנו נוצרו כל הכוכבים וכוכבי הלכת הקיימים היום," מסכם ביאלי. "לכן ניתן להניח שהמים שהכילו העננים מצאו את דרכם לכוכבי לכת, בגלקסיה שלנו ובגלקסיות אחרות. ייתכן בהחלט כי התנאים להיווצרות חיים היו קיימים כבר בשלב מוקדם מאוד בתולדות היקום, ויותר מכך: ככל שכמות המים גדולה יותר – כך גדל הסיכוי למצוא חיים במקומות אחרים ביקום."