איים של כוכבים
בלילה חשוך, הרחק מאורות העיר, פס חיוור חוצה את השמים. בטלסקופ הוא מתפרק לאינספור כוכבים קלושים. זו הגלקסיה שלנו, שביל החלב, כפי שהיא נראית מבפנים: דיסקה שטוחה שקוטרה כ־100,000 שנות אור, ובה כמה מאות מיליארדי כוכבים, והשמש נמצאת כ־26,000 שנות אור מהמרכז. אנחנו רואים אותה כפס כי אנחנו מביטים לאורך הדיסקה.
לפני מאה שנה אסטרונומים רבים חשבו ששביל החלב הוא היקום כולו. בשנות העשרים של המאה ה־20 מדד אדווין האבל את המרחק אל הכתם המעורפל שבאנדרומדה, וגילה שהוא נמצא הרחק מחוץ לגלקסיה שלנו, אי נפרד של כוכבים, שהיום ידוע שהוא נמצא במרחק של כ־2.5 מיליון שנות אור. מאז הראו הטלסקופים מאות מיליארדי גלקסיות.
ארבע צורות
האבל מיין את הגלקסיות לפי המראה שלהן, והסוגים שלו משמשים עד היום. גלקסיות ספירליות הן דיסקות שטוחות ומסתובבות, עם תפיחה מרכזית בהירה וזרועות שמתפתלות ממנה החוצה. ברבות מהן, ובהן שביל החלב, הזרועות יוצאות מקצותיו של מוט ישר של כוכבים שחוצה את המרכז. גלקסיות ספירליות נבדלות זו מזו במידת הליפוף של הזרועות: זרועות הדוקות באות בדרך כלל עם תפיחה גדולה, וזרועות רופפות עם תפיחה קטנה.
גלקסיות אליפטיות הן כדורים חלקים של כוכבים, מקטנות ועד הענקיות שבלב צבירי הגלקסיות. הכוכבים שלהן זקנים ואדמדמים, ויש בהן מעט מהגז הדרוש ליצירת כוכבים חדשים. לגלקסיות לא־סדורות אין צורה ברורה; רבות מהן נמשכו ונטלטלו בידי שכנה גדולה מהן. ענן מגלן הגדול וענן מגלן הקטן, שנראים מחצי הכדור הדרומי, הם גלקסיות לא־סדורות שמלוות את שביל החלב.
נסו: בחרו ספירלית, ואז הזיזו את ליפוף הזרועות מ־2.5 עד 7.5 רדיאנים ואת זרועות ספירליות משתיים לארבע. עברו לספירלית מוטית, ואז השוו בין אליפטית ללא־סדורה. לבסוף בחרו פועל תחת הצגת החומר האפל.
זרועות שלא מתלפפות
כוכבים ליד מרכז הגלקסיה משלימים הקפה בפחות זמן מכוכבים רחוקים. אילו הזרועות היו שרשראות קבועות של כוכבים, הן היו מתלפפות יותר ויותר עד שהיו נעלמות אחרי כמה סיבובים. זה לא קורה, כי זרוע היא דפוס ולא מבנה: אזור שנע לאט, שבו כוכבים וגז מצטופפים, כמו פקק תנועה שנשאר במקום אחד בזמן שהמכוניות עוברות דרכו. גז שנדחס בפקק קורס לכוכבים חדשים, והבהירים והכחולים שבהם דועכים לפני שהם יוצאים ממנו. לכן הזרועות זוהרות בכחול.
מהר מדי בשוליים
השמש מקיפה את מרכז שביל החלב במהירות של כ־230 km בשנייה, ולוקח לה כ־230 מיליון שנה להשלים הקפה אחת. כוכבים וגז רחוקים הרבה יותר היו אמורים לנוע לאט יותר, כמו שכוכבי הלכת החיצוניים זוחלים סביב השמש, שהרי רוב המסה הנראית נמצאת סמוך למרכז. בשנות השבעים מדדו ורה רובין וקנת’ פורד את המהירויות לרוחבן של גלקסיות, וגילו שהן לא יורדות: החלקים החיצוניים מקיפים את המרכז מהר בערך כמו הפנימיים. במהירויות כאלה הכוכבים והגז הנראים לא היו יכולים להחזיק בהם.
ההסבר המקובל הוא הילה עצומה של חומר אפל שמקיפה כל גלקסיה: מסה שמושכת אבל אינה פולטת אור. מדידות של גלקסיות, של צבירים ושל היקום המוקדם מרמזות שמסתו גדולה פי חמישה בערך מזו של החומר הרגיל. ממה הוא עשוי, עדיין לא ידוע.
מה המודל משאיר בחוץ
בסצנה יש כמה אלפי כוכבים, והיא מסובבת את הדיסקה כגוף אחד, כך שהזרועות הן צורות קבועות ולא גלים. גלקסיות אמיתיות מכילות גם גז, אבק וחור שחור מרכזי: החור השחור של שביל החלב שוקל כארבעה מיליון שמשות. עקומת הסיבוב היא שרטוט חלק של הדפוס הנמדד, וההילה הסגולה מייצגת משהו שאי אפשר לראות כלל.