ידענים: התפרצות קרני גאמא | כוכבי ניוטרון

מאת 18 ביולי 2013 8 תגובות

כך קובע מחקר חדש בראשות עידו ברגר ממרכז האווראד סמיתסוניאן לאסטרונומיה שחקרו התפרצות קרני גאמא שהתרחשה בתחילת יוני 2013

איור אמן זה, שהוכן עבור מרכז הארווארד סמיתסוניאן  המתאר שני כוכבי ניוטרון ברגע ההתנגשותף ממצאים חדשים מאשרים כי התנגשות כוכבי ניוטרון גורמות להתפרצויות קצרות של קרני גאמא ובהן מיוצרות המתכות הנדירות לרבות זהב. ההערכה היא כל הזהב על פני כדור הארץ הגיע מהתנגשויות כאלה של כוכבי ניוטרון. איור Credit: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.

איור אמן זה, שהוכן עבור מרכז הארווארד סמיתסוניאן המתאר שני כוכבי ניוטרון ברגע ההתנגשותף ממצאים חדשים מאשרים כי התנגשות כוכבי ניוטרון גורמות להתפרצויות קצרות של קרני גאמא ובהן מיוצרות המתכות הנדירות לרבות זהב. ההערכה היא כל הזהב על פני כדור הארץ הגיע מהתנגשויות כאלה של כוכבי ניוטרון. איור Credit: Dana Berry, SkyWorks Digital, Inc.

אנו מעריכים את הזהב מסיבות רבות: יופיו, שימושיו הרבים בתכשיטים ונדירותו. זהב נדיר על כדור הארץ, בחלקו משום שזו מתכת נדירה ביקום בכללו.

בניגוד ליסודות כגון פחמן או ברזל, לא ניתן לייצר אותו בתהליך טבעי שעובר על כל כוכב. יסוד זה חייב להיווצר באירועים עצומים בהרבה, כגון אלו שהתרחשו בחודש האחרון באירוע של התפרצות קצרה של קרני גאמא (GRB). התצפיות על התפרצות זו סיפקו עדות להיווצרות זהב במהלך התנגשות בין שני כוכבי ניוטרון – הליבות המתות של כוכבים שהתפוצצו קודם לכן כסופרנובות.

יתרה מכך, בוהק שנמשך במשך כמה ימים במקום שבו התרחשה התפרצות קרני הגאמא, עשויה להעיד על יצירת כמות גדולה של יסודות כבדים, לרבות זהב.

"אנו מעריכים שכמות הזהב שנוצרת ונפלטת במהלך מיזוג של שני כוכבי ניוטרון עשויה להיות גדולה פי 10 ממסת הירח – המון זהב" אומר החוקר הראשי עידו ברגר ממרכז הארווארד סמיתסוניאן לאסטרופיסיקה במסצ'וסטס .(CfA)
התפרצות קרני גאמא היא הבזק של אור בעל אנרגיה גבוהה (קרני גאמא) מהתפוצצות חזקה במיוחד. מרבית ההתפוצצויות הללו מתרחשות ביקום העמוק. ברגר ועמיתיו חקרו את ה-GRB 130603B שהתרחשה 'רק' במרחק של 3.9 מיליארד שנות אור מכדור הארץ – אחת ההתפרצויות הקרובות יחסית שנצפו עד כה.

התפרצות קרני גאמא מגיעה בשתי צורות – ארוכה או קצרה בהתאם למשך ההבזק של קרן הגאמא. 130603B, שהתגלה באמצעות הלוויין סוויפט של נאס"א ב-3 ביוני ארך פחות משתי עשיריות השניה.

אף כי קרני הגאמא נעלמים במהירות, 130603B גם הראה זוהר שנמוג לאיטו, והורכב בעיקר מאור אינפרה אדום. בהירותו והתנהגותו לא תאמו את הזוהר הרגיל שלאחר ההתפרצות שנוצר כאשר סילון חלקיקים מהירים מתנגש בגופים אחרים בסביבה. במקום זאת, נראה שהזוהר נפלט מיסודות רדיואקטיביים אקזוטיים. החומר העשיר בניוטרונים שנפלט בהתנגשות כוכבי הניוטרון עשוי ליצור יסודות כאלה, שעוברים דעיכה רדיואקטיבית ובולפטים זוהר בעיקר בתחום האינפרה אדום וזה בדיוק מה שהצוות גילה.

"חיפשנו 'אקדח מעשן' שיקשר בין התפרצות קצרה של קרני גאמא לבין התנגשות כוכבי ניוטרונים. הזוהר הרדיואקטיבי מ- GRB 130603Bעשוי להיות האקדח המעשן" מסביר וון-פאי פונג, סטודנט לדוקטורט ב- CfA ושותף לכתיבת המאמר.
הצוות חישב כי כחומרים שווי ערך למאית ממסת השמש נפלטו בהתפרצות קרני הגאמא, מקצתם אטומי זהב. באמצעות שילוב ההערכה של כמות הזהב הנוצרת בהתפצרות קרני גאמא קצרה אחת, עם מספר ההתפרצויות שהתרחשו בשנות קיומו של היקום, מסתבר שכל הזהב ביקום עשוי היה להגיע מהתפרצות קרני גאמא.

"בפרפראזה על דבריו של קארל סייגן, אנו עשויים מחומר כוכבי, והתכשיטים שלנו נם חומר שנוצר בהתנגשות כוכבים" אומר ברגר.

להודעה של החוקרים

8 תגובות ל “הזהב על כדור הארץ נוצר בהתנגשויות כוכבי ניוטרון”

  1. צבי

    ספקן

    א. אחת ההצלחות הגדולות והמוקדמות ביותר של מודל המפץ הגדול הוא "הנוקלאוסינטזה" (גאמוב ואלפר בשנות ה-40). מודל זה חוזה היטב את הרכב היסודות ביקום המוקדם – הוא מקובל מאד ומתיישב היטב עם נתונים תצפיתיים. על פי מודל זה לא נוצרו במפץ הגדול כל יסודות כבדים מבריליום כלומר זהב הוא ממש לא בכיוון. (http://en.wikipedia.org/wiki/Big_Bang_nucleosynthesis#Heavy_elements)

    ב. יצירת יסודות כבדים מברזל היא בעייתית מאד – במפץ הגדול נוצרו רק יסודות קלים, בעיקר מימן והליום. בכוכבים עוברים יסודות אלו תהליכי היתוך, יוצרים יסודות כבדים יותר ופולטים אנרגיה. כל זה יכול להמשך עד ברזל היות שמברזל ומעלה דורש היתוך השקעת אנרגיה ולפיכך אין סיבה שהוא יקרה.
    המשמעות היא שהווצרות יסודות כבדים (זהב למשל) מחייבת נסיבות קיצוניות ויש שני מועמדים עיקריים: סופרנובות והתנגשות כוכבי ניוטרונים.
    בסופרנובה מועפים זה אל זה גרעינים במהירויות היסטריות והדבר עשוי ליצור יסודות כבדים (הדבר גם קורה בוודאות היות ומסופרנובה יש קרינה שמקורה בהתפרקויות רדיואקטיביות מה שמצביע על יצירת יסודות כבדים).
    הדרך השניה היא על ידי התנגשות כוכבי ניוטרונים. במעטפת של כוכבי ניוטרונים יש לחץ וצפיפות היסטריים אשר גורמים לכך שיסודות כבדים מאד של מאות נוקלאונים נהיים הדבר היציב. כאשר שני כוכבי ניוטרונים מתנגשים זה בזה, מועפים יסודות אלו ודועכים ליסודות קונבנציונליים יותר דוגמת זהב (בעקרון לא היית צריך התנגשות כוכבי ניוטרונים עם היית מוצא דרך אחרת בה יכול חומר מהמעטפת לעזוב את כוכב הניוטרונים).
    שני המנגנונים הללו יכולים בתיאוריה ליצור זהב. השאלה מי מבין שני המנגנונים הללו רלוונטי יותר ליצירת זהב דורשת התעמקות בפרטים טכניים של פיסיקה גרעינית שממש מעבר להבנתי.

    ג. עניין כדור הארץ ממש לא רלוונטי – איש לא חושב שמקורו של הזהב על כדה"א בסופרנובות שהתפוצצו לאחר שנוצר כדה"א כיוון שכמות החומר שמועף ויגיע עד אל כדה"א זעומה ממש. מקורו של הזהב בסופרנובות שקדמו למערכת השמש ונכון – רובו שקע אל תוך כדה"א אבל חלק נשאר על השפה.

  2. safkan

    שגיאת הקלדה בהודעתי האחרונה:
    במקום "קליפת כדור" צריך היה להיכתב "קליפת כדור הארץ".

  3. safkan

    צבי

    האם לדעתך זהב נוצר ביקום רק מקריסה לכוכבי ניוטרונים של צמדי כוכבים או בדרך אחרת ?

    לי יש תחושת בטן שהזהב ביקום ברובו נוצר בדרכים אחרות, אולי אירועים אנרגטים מאוד בשחר היקום הנוכחי (אירועים שלא קורים הרבה בגיל ה"מבוגר" של היקום הנוכחי).

    לפי מה שאני מנחש — המחקר מיחס את מציאות הזהב על קליפת כדור לקריסות כנ"ל משום שקשה ליחס את מציאות הזהב על הקליפה כחלק מהתמצקות של כדור הארץ. קשה ליחס את מציאות הזהב על הקליפה משום שהזהב, הכבד סגולית, אמור לשקוע ברובו המכריע אל תוך הליבה של כדור הארץ בתהליך ההתמצקות. נא, דעתך בנידון.

  4. צבי

    אורית,
    הסבירות להתנגשותם של כוכבי ניוטרונים אינה אפסית כלל וכלל שכן הכיוון אינו אקראי – הם מושכים זה את זה.

    כמחצית מהכוכבים בעולם חיים בזוגות. כמו כן, כוכבים גדולים נוטים להיות בזוג עם כוכבים גדולים אחרים (כאלו שייצרו כוכבי ניוטרונים) ולפיכך שבר לא מבוטל מכוכבי הניוטרונים יגיעו לשלב בו הם חיים בזוגיות עם כוכב ניוטרונים נוסף.

    שני כוכבים ניוטרונים הסובבים זה את זה נוטים לאבד אנרגיה בעקבות פליטת קרינה גרוויטציונית – דבר הגורם להם להתקרב זה אל זה. למעשה העדות הטובה ביותר לקרינה גרוויטציונית מקורה בתצפית על התקרבותם של שני כוכבי ניוטרונים זה אל זה – עדות אמינה להפליא עליה ניתן פרס נובל לפיסיקה לשנת 1993.
    כך מתקרבים כוכבי הניוטרונים זה אל זה ולבסוף יתנגשו האחד בשני באירוע המקביל לזה המתואר כאן. אירועים אלו הם בהחלט סבירים ומהווים ההסבר המקובל ביותר לתופעת ה-GRB הקצרים (על אירוע מסוג זה מדובר כאן).

    אגב,
    חשוב מאד לשים לב כי האירוע המדובר לא אירע באזורנו כלל וכלל (בוודאי לא בגלקסיה שלנו כפי שרמזת),
    3.9 מילארד שנות אור הן בערך פי 2000 מהמרחק לגלקסיה הקרובה ביותר אלינו, כלומר במרחב שביננו לנקודה זו יש ככל הנראה סד"ג של כמיליארד גלקסיות – אפילו בקנ"מ קוסמולוגי זו ממש לא הסביבה הקרובה.

  5. דני

    כול הכסף בעולם זה עניין פסיכולוגי, ולזהב כן יש קשר למדע וטכנולוגיה.
    מחיר הזהב תלוי בזה שהוא נדיר, ולא ניתן לשכפל אותו, שלא כמו הכסף הניתן להדפסה ללא גבול.
    הנקודות חולשה שלו הם :
    הקושי לסחור בו, בגלל הקושי להעריך את מחירו עקב משקל וקראט.
    הפיכת הזהב לנייר טואלט חסר ערך, הנסחר בבורסה, ומודפס מכלום.

  6. אורית

    הסבירות של התנגשות כוכבי נייטרונים היא אפסית בגלל גודלם הקטן.
    הסיכוי קטן פי מליארדים מהסיכויי ששתי כדורי רובה שנורים מהירח וממאדים יפגעו אחד בשני אם כל אחד נורה בכוון אקראי
    זה לא דבר שלא קורה אולם זה קורה במהלך חייה של גלקסיה מספר בדיד של פעמים והגלקסיה כל גדולה שהסיכויי שזה דוקא יקרה לידנו אפסי
    יותר סביר שהמקור לזהב הוא אחר

  7. נקודה

    המחיר של הזהב הוא עניין פסיכולוגי ואין לו שום קשר לעניין מדעי זה או אחר.

    אם הרוב יחליטו יום אחד שסיימנו עם השטיפת מוח לגבי היוקרה של הזהב אז מחיר הזהב יקרוס.

הוספת תגובה

  • (will not be published)