ידענים: אסטרונומיה

מאת 10 בנובמבר 2016 תגובה אחת

בכל שנה, אלפי כוכבים מתפוצצים מופיעים בשמיים בצורות שונות ומשונות. אסטרונומים רוצים לדעת מה מפוצץ אותם

שאריות הסופרנובה 1572, שנצפתה לראשונה באותה שנה על ידי אסטרונומים רבים מהתקופה, ובהם טיכו ברהה. נמצאת של כ-7,500 שנות אור מאיתנו, בצילום של טלסקופ החלל צ'נדרה בקרני רנטגן. מקור: נאס"א.

שאריות הסופרנובה 1572, שנצפתה לראשונה באותה שנה על ידי אסטרונומים רבים מהתקופה, ובהם טיכו ברהה. נמצאת של כ-7,500 שנות אור מאיתנו, בצילום של טלסקופ החלל צ'נדרה בקרני רנטגן. מקור: נאס"א.

מאת דניאל קייסןהכתבה מתפרסמת באישור סיינטיפיק אמריקן ישראל ורשת אורט ישראל 25.08.2016

  • הופעתם של טלסקופים אוטומטיים הסורקים במהירות את השמים חשפה המוני סופרנובות בלתי רגילות, ובכללן התפוצצויות כוכביות בהירות פי 100 מן הרגיל, וגם סופרנובות עמומות במידה בלתי צפויה שכמעט אינן יוצרות פיצוץ.
  • למדענים יש כמה תיאוריות באשר לסוגי הכוכבים שעשויים ליצור את האירועים המשונים האלה וכיצד הם עשויים ליצור את היסודות הכימיים הכבדים המאכלסים את כוכב הלכת שלנו ואת גופנו.
  • תצפיות עתידיות יעזרו לנו לענות על שאלות יסוד רבות בנוגע לכוכבים, על חייהם ומותם, וכיצד הם משפיעים על החיים עלי אדמות.

בכל שנייה, פחות או יותר, במקום כלשהו ביקום הנראה שלנו, מושמדת שמש נוספת בקטסטרופה כוכבית, תהליך שבו כוכב מהבהב, מתמוטט, קורס לחור שחור או מתפוצץ כסופרנובה. הצד הדינמי הזה של היקום, המסתתר מאחורי שמי הלילה השלווים לכאורה, הגיע לאחרונה לחזית המחקר האסטרונומי. כבר כמעט מאה שנים מדענים מנסים לשחזר מה קרה במהלך מיליארדי השנים של ההתפתחות הקוסמית, אבל רק לאחרונה התחלנו לנתח אירועים שמימיים בקני מידה של ימים ושעות, וכך לחזות בחייהם ההפכפכים ובמותם של כוכבים.

על אף שבעבר לא היו לנו כלים לחקור את התופעות האלו בפירוט, ראיות לכך שהיקום הוא בן חלוף קיימות כבר אלפי שנים, לכל הפחות מאז התצפיות הסיניות משנת 1006 לספירה, שבהן "כוכב אורח" נעשָה גלוי לעין הבלתי מזוינת למשך כמה שבועות, ואז דעך ונעלם. האסטרונום הדגול טיכו ברהה תיעד אירוע דומה בשנת 1572, וכמוהו גם יוהנס קפלר, כ-30 שנה לאחר מכן. כעת אנחנו מבינים שכוכבי הרפאים האלה היו התפוצצויות סופרנובה של כוכבים. כשהסופרנובה בשיאה, היא עשויה לזהור באור רב יותר משל מיליארד שמשות, אבל מכיוון שרובן מתרחשות במרחק רב מאוד מכאן, הן נראות לנו ככתמי אור עמומים, שעלולים בקלות ללכת לאיבוד בשמים הגדולים.

הטכנולוגיה המודרנית מחוללת כיום מהפכה בחקר היקום הדינמי. הטלסקופים נעשו רובוטיים וצוידו במצלמות דיגיטליות בהפרדה גבוהה, שיכולות להזין נתונים לתוכנות ממוחשבות של עיבוד תמונה וזיהוי תבניות. המכונות האלה מנטרות רצועות שמים גדולות בקביעות, ופוקחות עין דיגיטלית על כל דבר שעשוי לצוץ פתאום בשמי הלילה. במהלך עשר השנים האחרונות בערך אפשרה היכולת הטכנולוגית הרעננה הזאת לאסטרונומים לגלות אלפי התפוצצויות כוכביות חדשות בכל שנה. מספר הסופרנובות החדשות שאנחנו מוצאים בכל שבוע שקול למספר הסופרנובות שנצפו לאורך כל המאה ה-20.

לא זו בלבד שאנחנו אוספים עוד סופרנובות, אנחנו אף חושפים סוגים חדשים ומשונים שלהן. יש התפוצצויות כוכביות הזוהרות באור עז מאין כמוהו, בהירות פי 100 יותר מסופרנובות רגילות; אחרות הן דווקא עמומות פי 100. כמה מהן צבועות באדום עמוק; אחרות באולטרה סגול. יש הזוהרות באור עז במשך שנים; אחרות דועכות בתוך ימים ספורים. מתברר שמוות כוכבי הוא הרבה יותר מגוון ממה שהעלינו על דעתנו.

אסטרונומים עדיין מנסים לפענח מה עומד מאחורי ההתפוצצויות הכוכביות המשונות האלה. אין ספק שהן מספרות לנו משהו חשוב על אודות חייהם ומותם של כוכבים ועל אודות הפיזיקה בתנאים הקיצוניים ביותר של טמפרטורה, לחץ וכבידה. אנחנו מקווים שבאמצעות חקר גן החיות של הסופרנובות במלואו, נוכל סוף־סוף להבין מה גורם לכוכבים להתפורר ולהפוך לחורבות כוכבים מתות כמו למשל חורים שחורים.

סופרנובות יכולות גם ללמד אותנו משהו על המקום שממנו באנו. לאחר המפץ הגדול, היקום הכיל בעיקר את היסודות הקלים ביותר: מימן והליום. על פי התיאוריה, כל היסודות האחרים שאנחנו פוגשים – הסידן שבעצמותינו, הברזל שבדמנו – חושלו בתהליכי היתוך גרעיני בתוך כוכבים מתפוצצים והועפו מתוכם. מדענים סברו בעבר שסופרנובות שגרתיות יצרו את כל היסודות הכבדים, אך גילוין של התפוצצויות רבות כל כך שאינן הולכות בתלם, מורה כעת על האפשרות שלמשבצות שונות בטבלה המחזורית יש מקורות שונים. באמצעות צפייה במספר רב של סופרנובות מגוונות, אנחנו מתקרבים יותר ויותר ליכולת להבין במדויק כיצד מגוון של התפוצצויות כוכביות יכלו לתרום לתמהיל היסודות שמרכיבים את כוכב הלכת שלנו וכל החיים שעל פניו.

שאריות הסופרנובה Cygnus loop בקרינה אולטרה-סגולה. מקור: נאס"א.

שאריות הסופרנובה Cygnus loop בקרינה אולטרה-סגולה. מקור: נאס"א.

קטסטרופות כוכביות

כדי להבין עד כמה מוזרות חלק מן הסופרנובות שאנו מגלים, הבה נתבונן ראשית כול בסופרנובה אופיינית, שגם היא עצמה תופעה בהחלט ראויה לציון. כוכב הוא כעין כור גרעיני יציב: כדור עצום של פלזמה, המוחזק בשלמותו באמצעות כבידה ומתודלק על ידי היתוך גרעיני המתרחש בליבתו הדחוסה. החום הנפלט מן ההיתוך יוצר לחץ המתנגד למשיכה כלפי פנים של הכבידה. התפוצצות סופרנובה מייצגת סוג של אי יציבות קטסטרופלית באיזון הכוחות הזה: ניצחונה משולח הרסן של הכבידה על הבעירה הגרעינית, או להפך.

הסוג הנפוץ ביותר של סופרנובות מתרחש בכוכבים שגודלם בינוני, שמסתם גדולה פי 10 או יותר ממסת השמש שלנו. הכוכבים האלה חיים מיליוני שנים, מתיכים בהתמדה גרעיני מימן והופכים אותם לגרעינים של יסודות כבדים יותר ויותר. ברגע שהם שרפו את כל קרביהם והפכו אותם לברזל, שהוא, בעיקרו של דבר, אפר גרעיני, כבר אי אפשר להמשיך בתהליכי ההיתוך. בלי הלחץ הזה המופעל כלפי חוץ, הליבה הפנימית של הכוכב קורסת תחת משיכת הכבידה, נדחסת לנפח קטן פי מיליון והופכת לגוש אולטרה-דחוס המכונה כוכב נויטרונים, שמצופף מסה גדולה יותר ממסת השמש שלנו בתוך אזור שקוטרו לא יותר מקילומטרים ספורים. האנרגיה העצומה המשתחררת בנפילה החופשית הזאת מפוצצת את יתרת הכוכב.

כדי לקבל מושג באשר לאנרגיה הכרוכה בהתפוצצות סופרנובה אופיינית, תארו לעצמכם שהשמש שלנו שורפת בתוך כמה שניות את כל אספקת המימן שלה – דלק שאמור להספיק לכלכל אותה במשך יותר מ-10 מיליארד שנה. כמות האנרגיה העצומה הזאת זכתה ליחידה פיזיקלית משל עצמה: יחידת בֵּתֵה אחת (על שם הפיזיקאי חתן פרס נובל הנס בתה). כשסופרנובה מתפוצצת, הטמפרטורה הפנימית של הכוכב עולה על 2.7 מיליארד מעלות צלזיוס, ויוצרת גל הדף על־קולי שמותיר בעקבותיו ערבוביה של יסודות כבדים שזה עתה הותכו, כגון צורן, סידן, ברזל ואיזוטופים רדיואקטיביים של ניקל, קובאלט וטיטניום. בתוך דקות ספורות, הכוכב מתפוצץ לעננת אפר ורסיסים רדיואקטיביים, שניתזים הלאה משם במהירות של 30 מיליון קילומטר לשעה, כלומר כמה אחוזים ממהירות האור.

השמש שלנו, למרבה המזל, היא קטנה מכדי שתוכל אי פעם להפוך לסופרנובה. אבל לוּ זה היה קורה, האות הראשון לכך על פני כדור הארץ יהיה הבזק קצר של קרני רנטגן רבות עוצמה שישמידו את כל החיים על פני כוכב הלכת. בתוך כמה דקות ענן הרסיסים הסולריים יתפח לפי שניים מגודלו ויהיה בהיר פי 1,000 מן השמש. לאחר כמה שעות יאפוף הענן את כדור הארץ, ויום לאחר מכן הוא יבלע את צדק ושבתאי. לאחר כמה שבועות, האפר הסולרי יתפזר ברחבי כל מערכת השמש. בשלב הזה הרסיסים כבר יהפכו לשקופים, והאור שהיה פקוק בתוכם ישטוף החוצה, בקצב שיגיע לשיא של מיליארד יחידות לומיניוּת סולרית, לפני שידעך.

אסטרונומים כמעט אף פעם אינם מצליחים לתפוס את פרץ קרני הרנטגן הקצר של התפוצצות סופרנובה כשהוא לעצמו, ורק לעתים רחוקות אנחנו מצליחים, לאחר נבירה בארכיונים, למצוא תמונה של הכוכב המקורי לפני שהתפוצץ. מה שאנחנו בדרך כלל רואים זה החורבן שנותר אחרי ההתפוצצות: הענן הענק של רסיסים רדיואקטיביים תופחים שמאירים בזוהר נראה לעין במשך שבועות או יותר. על ידי בחינת האפר, אנחנו מנסים להרכיב סיפור שיתאר איזה סוג כוכב הושמד ומדוע.

מחזור החיים של כוכבים. מקור: ויקימדיה / DMY / נאס"א.

מחזור החיים של כוכבים. מקור: ויקימדיה / DMY / נאס"א.

בהירות משונה

בגן החיות של הסופרנובות המשונות שהתגלו לאחרונה, ייתכן שהדרמטיות מכולם הן ההתפוצצויות ההיפר-אנרגטיות, שאני אכנה כאן אולטרה-נובות, שהזוהר שלהן חזק יותר מפי 100 מן הזוהר של סופרנובות רגילות. אולטרה-נובות הן הסופרנובות הבהירות ביותר והרחוקות ביותר שהתגלו מעולם, והן נראות לעין על פני מרבית רוחבו של היקום הנראה. אירועים כאלה נדירים ביותר: אולי אחד מתוך 1,000 סופרנובות רגילות. אין לאסטרונומים די ראיות שיוכלו להסביר מדוע הפיצוצים האלה בהירים כל כך, אבל יש שלוש תיאוריות מובילות. אחת מהן עשויה להסביר את כל האולטרה-נובות שאנו רואים או את מרביתן, אבל סביר יותר שכל שלושת התרחישים קורים בתדירות כלשהי.

סופרנובה של זוגות חלקיקים. ברור מאליו שרבים מנסים לקשר אולטרה-נובות עם כוכבים בעלי מסה גדולה מאוד. התיאוריה מעלה את האפשרות שכוכבים גדולים מאוד הם למעשה טיפוסים די שבריריים, הנתונים להשפעתם של מצבי אי יציבות מגוונים. בייחוד הליבות של כוכבים שמסתם היא בין 150 ל-200 מסות שמש יכולות להיות חמות כל כך עד שהן מייצרות פרצים של זוגות חלקיקי חומר ואנטי חומר (כלומר, במקרה זה, אלקטרונים ופוזיטרונים). יש צורך באנרגיה בשביל ליצור את החלקיקים האלה, וכך מידלדל הלחץ כלפי חוץ בכוכב, והליבה שלו, שעדיין עמוסה בדלק גרעיני שניתן לשרוף, קורסת פנימה. התוצאה תהיה הרת אסון. הדחיסה של הליבה תאיץ את ההיתוך הגרעיני עד שהוא יצא משליטה, וישרוף כמעט כל מה שבסביבתו. שחרור האנרגיה הפתאומי, בערך 100 בתה, יהפוך את הקריסה על פניה ויפוצץ את הכוכב לרסיסים. דבר לא יישאר מאחור.

פיצוצים גרעיניים אדירים אלו ייצרו ענני רסיסים שהרדיואקטיביות שלהם גדולה פי 1,000 משל העננים שנוצרים בסופרנובות רגילות. על פי ההשערה, העננים האלה הם גם אטוּמים מאוד לאור ובעלי מסה עצומה, ולכן תידרש שנה או יותר עד שהאור יפעפע מתוכם החוצה. לפיכך, אנחנו מצפים שהחורבן שיותירו אחריהן ההתפוצצויות האלה יהיה בוהק מאוד ויישאר לאורך זמן. לכמה מן האולטרה-נובות שהתגלו לאחרונה יש תכונות כאלה בדיוק, ולכן יש אסטרונומים הטוענים שאנו עדים לכוכב ענק שהומת על ידי זיהום של זוגות חלקיקים מיקרוסקופיים. יש החולקים על כך, וטוענים שתיאוריות אחרות מספקות הסבר טוב יותר לנתונים האלה. אנו מקווים שתצפיות עתידיות באירועים בוהקים ומאריכי ימים כאלה יוכלו לחשוף היטב את ההרכב ואת המהירות של ענן הרסיסים הכוכביים ולומר לנו אם התרחיש הזה אכן קורה.

סופרנובות של אזעקת שווא. רעיון אחר שעשוי להסביר את האולטרה-נובות הוא שמקורן בכוכבים בעלי מסה קצת יותר קטנה (בין 70 ל-150 מסות שמש בערך). על פי ההשערה, הכוכבים האלה מוּעדים ליפול לאי יציבויות דומות לאלו שאורבות לפתחם של אחיהם המסיביים יותר, אבל לעתים קרובות התנאים אינם חמורים כל כך: לאחר שהכוכב מתחיל להתמוטט כלפי פנים ולהצית שרֵפה חריגה, הוא עשוי להירתע לאחור, להתפשט מחדש, לעצור את התגובות הגרעיניות לפני שהן יוצאות משליטה להתאושש ולחיות יום אחד נוסף. ואולם, תוך כדי השבת האיזון, סביר להניח שהכוכב ישליך מעליו נתחים גדולים של שכבותיו החיצוניות, וייצור סופרנובה "מתחזה" – התפרצות שדומה לסופרנובה עמומה אבל למעשה היא אינה אלא חוויית סף מוות.

כוכבים שהמסה שלהם מצויה בטווח הזה עשויים לעבור כמה וכמה "שיהוקים" כאלה, ובכל פעם לאבד קצת יותר חומר, עד שלבסוף אוזל הדלק הגרעיני שלהם והם מתפוצצים בסופרנובה רגילה. כשכוכב כזה אכן מת בסופו של דבר, הוא יעיף רסיסים לתוך סביבה זרועת מוקשים: החומר שהגיע מהתפרצויות קודמות. ההתנגשות האלימה של רסיסי הסופרנובה עם השאריות האלה תייצר זיקוקים בוהקים להפליא שיוכלו להסביר כמה מן האולטרה-נובות.

סקרים אוטומטיים תיעדו לאחרונה את שנות חייו האחרונות והגחמניות של כוכב מסיבי. ב-2009 הבחינו אסטרונומים במשהו שנראה כמו סופרנובה רגילה למדי, אם כי עמומה. הם כינו אותה SN2009ip, והיא דעכה בתוך כמה שבועות ופחות או יותר נשכחה. שנה לאחר מכן, להפתעת כולם, עוד "סופרנובה" עמומה נצפתה בדיוק באותו מקום. ככל הנראה הכוכב עדיין לא מת. ב-2012 ראו האסטרונומים התפרצות שלישית ואז, חודש לאחר מכן, התפרצות זוהרת מאוד.

יש מדענים הסבורים שההתפרצות הלפני אחרונה הייתה המוות האמיתי של הכוכב, ואילו ההתפרצות הסופית, השלהבת הזוהרת ביותר, נבעה מענן רסיסי הסופרנובה שהוטח בחומר שנפלט בחרחורי הגסיסה הקודמים. אחרים חושבים שהכוכב עדיין חי ושהוא ימשיך לשעשע אותנו בהתפרצויות נוספות. יחלפו כמה שנים עד שיתפזר האבק, אבל לעת עתה ראינו אי יציבות אלימה מן הסוג שלדעתנו מאפיין את סוף חייהם של כמה כוכבים מסיביים.

סופרנובה מגנטית. לבסוף, קו מחשבה חלופי על אולטרה-נובות טוען שהבהירות החריגה שלהן קשורה פחות למסה קיצונית ויותר לסיבוב קיצוני. כוכבים שבתחילת דרכם המסה שלהם גדולה יותר מ-10 מסות שמש יפיקו ככל הנראה סופרנובות רגילות שיוצרות כוכבי נויטרונים במותם. אבל אם כוכב כזה הסתובב סביב עצמו לפני כן במהירות גבוהה, הקריסה עשויה לסחרר את כוכב הנויטרונים למהירויות עצומות, כמו מחליקי קרח המצמידים את ידיהם לגופם כדי להאיץ את הסחרור. בעיקרון, כוכב נויטרונים יכול להסתובב במהירות של עד 1,000 סיבובים לשנייה. במהירות גבוהה יותר, הכוכב ייקרע לגזרים על ידי הכוחות הצנטריפוגליים. האנרגיה הקינטית האצורה בסביבון מסיבי ומסתחרר כזה היא עצומה: עד 10 בתה.

כיצד אנרגיית הסיבוב הזאת יכולה להיות מתועלת לתדלוק אולטרה-נובה? לכוכבי נויטרונים יש שדות מגנטיים אדירים שעשויים להעביר את האנרגיה. בשביל להבין כיצד, דמיינו לעצמכם שאתם מסובבים על כף היד שלכם מגנט פשוט שהורדתם מן הדלת של המקרר. בשעה שאתם עושים זאת, אתם מעוותים את השדה המגנטי המקיף אותו. על אף שאינכם יכולים לראות או להרגיש זאת, חלק מן האנרגיה שהוצאתם נישאת במרחב בצורה של אדוות אלקטרומגנטיות. אנחנו סבורים שאותו תהליך מתרחש, בקני מידה הרבה יותר גדולים, סביב כוכבי נויטרונים. הדוגמה הצדה ביותר את העין היא ערפילית הסרטן, שיירי סופרנובה שזוהתה על ידי אסטרונומים סינים ב-1054 לספירה. היום, מקור האור שאנחנו רואים מן הערפילית הוא בכוכב נויטרונים מסתחרר היוצר מערבולת של פלזמה ממוגנטת. במרוצת 1,000 השנים שחלפו, השדה המגנטי המעוות הקטין את אנרגיית הסחרור של כוכב הנויטרונים וחימם את הגז הסובב אותו, והוא מקור האנרגיה למיצג היפהפה הזה.

ערפילית הסרטן: שיירי הסופרנובה האלה זוהרים באנרגיה המגיעה מכוכב נויטרונים מסתחרר שמניע מערבולת של פלזמה ממוגנטת (נראית בכחול בתמונה). מקור: נאס"א.

ערפילית הסרטן: שיירי הסופרנובה האלה זוהרים באנרגיה המגיעה מכוכב נויטרונים מסתחרר שמניע מערבולת של פלזמה ממוגנטת (נראית בכחול בתמונה). מקור: נאס"א.

לפני כחמש שנים, עמיתי לארס בילדסטן מן האוניברסיטה של קליפורניה שבסנטה ברברה ואני הצענו שגרסה משודרגת של התהליך הזה עשויה להסביר את הבהירות הגבוהה של אולטרה-נובות. השדות המגנטיים של כוכב הנויטרונים יצטרכו להיות חזקים פי 100 עד 1,000 יותר מן השדות שבערפילית הסרטן, והוא יצטרך להסתחרר במהירות קרובה למהירות הגבולית. בכוכב כזה, כמעט כל אנרגיית הסחרור תידלדל בתוך חודש, ותגרום לענן רסיסי הסופרנובה לזהור בעוצמה גדולה פי מיליון מן האור של ערפילית הסרטן. על אף שהמספרים נשמעים קיצוניים, כבר צפינו בכמה כוכבי נויטרונים עם שדות מגנטיים בעוצמה דומה (למרות שאף אחד מהם אינו בשלב הסופרנובה). הם מכונים מגנטארים, והם מחזיקים בשדות המגנטיים החזקים ביותר הידועים ביקום. אולטרה-נובות יכולות אפוא להיות לפעמים אות ללידתו של מגנטאר המסתחרר במהירות גבוהה ולכך שהוא עומד להאט את סחרורו.

עמימות בלתי צפויה

בקצה השני של קשת הסופרנובות, מנגד לאולטרה-נובות, גילו אסטרונומים לאחרונה את התופעה המוזרה של סופרנובות רופסות. סקרי שדה־רחב גילו סופרנובות משונות, עמומות פי 100 מאירועים רגילים. מדענים חלוקים בשאלה מה גורם להתפרצויות החלשות האלה, אבל הם חושדים שחלקן, באופן מפתיע, הן ההתנשפויות האחרונות, החנוקות, של הכוכבים בעלי המסה הגדולה ביותר שהתקיימו מעולם.

סופרנובה כושלת. לא ברור עד כמה גדולה יכולה להיות המסה של כוכב, אבל סביר שיש כוכבים שיכולים להגיע למסה גדולה פי 300 עד 1,000 ממסת השמש (עוד יותר גדולים מן הכוכבים המאוד מסיביים שאנחנו סבורים שעשויים להתפוצץ בגלל זוגות חלקיקים). אפשר לצפות שהלווייתנים האלה יפיקו את התפוצצויות הסופרנובה המרהיבות ביותר שיש. אבל בפועל הם ככל הנראה נפלים. הכבידה של כוכב כזה היא חזקה כל כך עד שברגע שהוא מאבד יציבות, קריסה כוללת היא בלתי נמנעת. בסופו של דבר, הקריסה פנימה תקרע חור במרחב־זמן עצמו, ותיצור משהו דחוס יותר מכוכב נויטרונים: חור שחור.

מודלים תיאורטיים מראים שעיקר המסה של הכוכב תיבלע על ידי החור השחור ותיעלם פתאום מן העין. האל־אירוע המשוער הזה קרוי א-נובה. סקרים אוטומטיים מחפשים אחר א-נובות בדרך מהופכת: במקום לחפש אור פתאומי בשמים, הם מחפשים כוכב בוהק שעובר כיבוי אורות מידי.

על אף שכוכבים כאלה, יוצרי חורים שחורים, אינם מצליחים להשמיע פיצוץ, הם עשויים לכל הפחות לפלוט לחישה רפה. הליבות של כוכבי ענק מסוימים מוקפות בעטרה אוורירית וקלושה של גז מימן. בשעה שרוב בניינו של כוכב כזה נשאב אל מעבר לאופק האירועים של חור שחור, עטרת הגז עשויה להתחמם ולהיהדף החוצה, וליצור אגב כך זוהר רפה. מותו של כוכב גדול מאוד תוביל אפוא, למרבה האירוניה, לסופרנובה חלשה ועמומה במיוחד.

כוכבי נויטרונים מתנגשים. סוג אחר של התפרצות תת־בהירה עשוי להגיע מסוג שונה לגמרי של אירוע קיצוני: התנגשות של שני כוכבי נויטרונים. כוכבים מסיביים נולדים לעתים קרובות כזוגות החגים סביב מרכז משותף. הכוכבים האלה יהפכו לסופרנובה זה אחר זה, ואם הם לא יינתזו בכיוונים מנוגדים, הם יותירו אחריהם מערכת כפולה (בינארית) של שני כוכבי נויטרונים (או כוכב נויטרונים וחור שחור או שני חורים שחורים). עם הזמן, שני הגופים הדחוסים יתקרבו זה לזה יותר ויותר במסלול לולייני, ובסופו של דבר יתנגשו ויתמזגו לחור שחור גדול יותר. התהליך הזה אושש לאחרונה עם גילוי גלי הכבידה שנוצרו במיזוגים של זוגות חורים שחורים. כשכוכבי נויטרונים מתמזגים, החישובים מעלים את האפשרות שכוחות הכבידה הקיצוניים (שגודלם עד פי 10 מיליארד ממשיכת הכבידה של כדור הארץ על גופנו) הם חזקים דיים כדי לקלף כאחוז אחד מעורו של הכוכב ולהשליך אותו אל החלל (שאר 99 האחוזים נופלים לתוך החור השחור).

כמות החומר הקטנה הזאת שנמלטת מן החור השחור היא ככל הנראה עסק משונה: ים ערפילי של חלקיקים מנותקים, בעיקר נויטרונים, ולצִדם כמה פרוטונים ואלקטרונים. עם הירידה בלחץ הגז, החלקיקים יתחילו להיקשר זה לזה וליצור גרעינים כבדים יותר. הפרוטונים ידחו זה את זה בגלל המטען החשמלי החיובי שלהם, אבל לנויטרונים אין מטען והם נצמדים לחלקיקים אחרים ביתר קלות. באמצעות תוספת הדרגתית של נויטרונים, ייעשו הגרעינים כבדים יותר ויותר, וייצרו גשם של יסודות מן המחצית התחתונה של הטבלה המחזורית, כמו זהב, פלטינה וכספית, מעורבים בתוך סוגים שונים ומשונים של פסולת רדיואקטיבית, כמו למשל אורניום ותוריום. התנגשויות כוכבי נויטרונים הן אחד המקומות הספורים ביקום שבהם מדענים סבורים שיסודות כבדים כאלה יכולים להיווצר.

שפע החומר הרדיואקטיבי אמור לגרום לרסיסים לזהור כמו סופרנובה. אבל בגלל כמות המסה הנמוכה המעורבת בסיפור (פחות מאחוז אחד מן החומר המצוי בסופרנובה), אנו מצפים שהאור יהיה עמום פי 100 מאורה של סופרנובה רגילה ויימשך רק כמה ימים. עבודה תיאורטית שעשיתי לאחרונה עם התלמידה שלי, ג'ניפר ברנס, באוניברסיטת קליפורניה שבברקלי, מעלה את האפשרות שההרכב המסוים של מתכות כבדות בעננים כאלה אמור להעניק לזוהר צבע אופייני, גוון אדום עמוק או אינפרה אדום. התופעה הזו כונתה קילונובה.

ייתכן שלאחרונה הצליחו אסטרונומים לראשונה לראות את ה"עשן" הרדיואקטיבי האדום העולה מהתנגשות כוכבי נויטרונים כזאת. ביוני 2013, התריע פרץ קצר של קרני גמא בפני האסטרונומים שייתכן שהם עומדים בפני מיזוג קרוב של כוכבי נויטרונים. הם הפנו את טלסקופ החלל האבל לאתר וקלטו זוהר אינפרה אדום קצר. שבועות מספר לאחר מכן הזוהר נעלם. הנתונים הם מעטים, אבל עולים בקנה אחד עם התחזיות התיאורטיות לגבי האופן שבו אמורה להיראות קילונובה. אם הזיהוי הזה נכון, אז זו הפעם הראשונה שהיינו עדים במישרין ליצירה של מתכות כבדות ויקרות. היינו רוצים לצפות בעוד אירועים כאלה כדי שנוכל להיטיב לקבוע מהי כמות המתכות שהתפוצצויות כאלה מסנתזות והאם הן יכולות לספק הסבר מלא לשיעורים של זהב, פלטינה ויסודות אחרים ביקום או הסבר חלקי בלבד.

היקום הכאוטי

טלסקופ הסקר הסינופטי הגדול (LSST) הנבנה בימים אלו בצ'ילה. מקור: אתר הפרויקט.

טלסקופ הסקר הסינופטי הגדול (LSST) הנבנה בימים אלו בצ'ילה. מקור: אתר הפרויקט.

המחקר שלנו על היקום הדינמי רק החל. בעשר השנים הקרובות, בערך, טלסקופים אוטומטיים, כמו מתקן האירועים החולפים על שם צוויקי (ZTF) שאמור להתחיל לפעול סמוך לסן דייגו, טלסקופ הסקר הסינופטי הגדול (LSST) בצ'ילה שבנייתו מצויה בעיצומה וטלסקופ סקר השדה־הרחב באינפרה אדום (WFIRST) שנאס"א מתכננת לשגר לחלל, יוכלו לסרוק את מרבית השמים מדי כמה לילות, ולגלות מאות מונים יותר סופרנובות ממה שאנו מגלים כיום. בינתיים, מחשבי־על מודרניים הולכים ורוכשים את היכולת לערוך הדמיות תלת־ממדיות מפורטות של האירועים האלה, ומאפשרים לנו לקבל תמונה מוחשית של מה שאולי מתרחש במעמקי ליבותיהם של כוכבים מתפוצצים.

מותו של כוכב גדול מאוד יוביל לסופרנובה עמומה במיוחד

נתונים שייאספו בשנים הקרובות יאתגרו את התיאוריות שלנו באשר לסוגים רבים של מוות כוכבי. כל אחד מן התרחישים שתוארו כאן מתקבל על הדעת מבחינה פיזיקלית, אך אינו מוכח. עם תצפיות נוספות על סופרנובות בלתי רגילות, אנחנו מקווים להצליח לברר אילו מן האפשרויות הנפיצות האלה מתממשת בפועל בטבע. ככל הנראה, יתברר שהיקום הוא מוזר יותר ממה שדמיינו, ושיתגלו בו תופעות עוד יותר אקזוטיות ממה שחלמנו עד כה.

בסופו של דבר, נוכל גם לספק תיאור עשיר יותר על אודות החומר המרכיב את גופנו ואת העולם שסביבנו. לטבעת הזהב שעל אצבעכם, למשל, יש היסטוריה ארוכת שנים המשתרעת הרחק מעבר לימי אבותיכם הקדומים. החומר הזה ככל הנראה ריחף לראשונה בכור הברזל של כוכב מסיבי שנחלש, קרס והפך לכוכב נויטרונים דחוס. שנים רבות לאחר מכן, אולי אפילו מיליארד שנה, ייתכן שכוכב הנויטרונים הזה התנגש בכוכב דחוס אחר, והקיא ענן של פסולת רדיואקטיבית לחלל. הענן הזה, שטס במהירות של כ-100 מיליון קילומטרים לשעה, חצה יותר מ-1,000 שנות אור ברחבי הגלקסיה, התערבב עם גזים אחרים בדרכו, עד שלבסוף התיישב בקרום של כוכב לכת הקרוי כדור הארץ. פרק זמן לאחר מכן, חפרו אנשים והוציאו את שברי הכוכב האלה, עיצבו טבעת והחלו לספר את הסיפור שלהם.

על הכותבים

דניאל קייסן – אסטרופיזיקאי באוניברסיטת קליפורניה שבברקלי ובמעבדה הלאומית ברקלי על שם לורנס. המחקר שלו מתמקד בפיתוח מודלים תיאורטיים וממוחשבים חדשים שיסבירו את הסוגים הרבים של התפוצצויות כוכביות ביקום.

לקריאה נוספת

  • Supernova Light Curves Powered by Young Magnetars. Daniel Kasen and Lars Bildsten in Astrophysical Journal, Vol. 717, No. 1, pages 245–249; July 1, 2010
  • The Unprecedented 2012 Outburst of SN 2009ip: A Luminous Blue Variable Star Becomes a True Supernova. Jon C. Mauerhan et al. in Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, Vol. 430, No. 3, pages 1801–1810; April 11, 2013
  • Effect of a High Opacity on the Light Curves of Radioactively Powered Transients from Compact Object Mergers. Jennifer Barnes and Daniel Kasen in Astrophysical Journal, Vol. 775, No. 1, Article No. 18; September 20, 2013
  • סרטוני הדמיות של התפוצצויות סופרנובה מגנטיות, אתר סיינטיפיק אמריקן
  • סופר-סופרנובות. אבישי גל-ים, סיינטיפיק אמריקן ישראל, אוקטובר-נובמבר 2012

עוד באתר הידען

תגובה אחת ל “סופרנובות מוזרות חושפות את סודות הכוכבים”

  1. שומר הסף

    מאמר מענין למרות אורכו ,
    חבל שהמתרגמים אינם מבינים כי כאשר מנסים להטות שמות או מושגים לעוזיים
    לרבים על-פי חוקי דיקדוק עברי מתקבל להג עילג ,
    ״סופרנובות ״ , אולטרה-נובות״ , ״קטסטרופות״ שווה או חסר ערך
    כמו לכתוב שמות פרטיים ברבים : ״אבי ים״ ״צילה ות״ ״דניאל יים״ ,
    רק אני רואה את העילגות ?

הוספת תגובה

  • (will not be published)