הידען > חלל ואסטרונומיה > אסטרופיזיקה > חוקרים מחפשים את מקורות הקרינה הקוסמית בפבטרונים בעזרת טלסקופי רנטגן

חוקרים מחפשים את מקורות הקרינה הקוסמית בפבטרונים בעזרת טלסקופי רנטגן

החוקרים משערים שחלקיקי הקרינה הקוסמית עתירי האנרגיה נולדים בסביבות הקיצוניות ביותר ביקום — סביב חורים שחורים, בשאריות סופרנובה ובאזורים של היווצרות כוכבים.

המחשה של חלקיקים זוהרים הנעים במהירות דרך ערפילית בחלל — קרינה קוסמית ממקור בלתי ידוע. המחשה: depositphotos.com

חוקרים חושפים את מקורות הקרינה הקוסמית ומקשרים אותם למאיצים קוסמיים מסתוריים המכונים "פבטרונים" (PeVatrons). מחקר של אסטרופיזיקאים מאוניברסיטת מישיגן סטייט (MSU) עשוי לקרב את המדענים לפתרון חידה שמטרידה אותם למעלה ממאה שנה: מאין מגיעה הקרינה הקוסמית הגלקטית? הקרינה הקוסמית מורכבת מחלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה הנעים כמעט במהירות האור. הם מגיעים הן מתוך שביל החלב והן מחוצה לו, אך מקורותיהם המדויקים נותרו בלתי מזוהים מאז גילויים בשנת 1912.

ד"ר שואו ג'אנג (Shuo Zhang), מרצה לפיזיקה ולאסטרונומיה ב-MSU, וצוות המחקר שלה הובילו שני מחקרים שפורסמו ב-2025 ומציעים תובנות חדשות על המקומות שבהם ייתכן שנוצרו חלקיקים אלה. הממצאים הוצגו ביוני 2025 בכנס ה-246 של האגודה האסטרונומית האמריקנית (AAS) שנערך באנקורג', אלסקה.

משערים שהחלקיקים עתירי האנרגיה הללו נולדים בסביבות הקיצוניות ביותר ביקום — סביב חורים שחורים, בשאריות סופרנובה ובאזורים של היווצרות כוכבים. אירועים אסטרופיזיים כאלה מייצרים גם נייטרינו — חלקיקים זעירים וכמעט חסרי מסה, הנמצאים בכל רחבי היקום וגם כאן על פני כדור הארץ. "הקרינה הקוסמית רלוונטית הרבה יותר לחיים על פני כדור הארץ ממה שאולי נדמה," אומרת ג'אנג. "כ-100 טריליון נייטרינו קוסמיים ממקורות רחוקים מאוד — כמו חורים שחורים — עוברים דרך הגוף שלך בכל שנייה. לא תרצה לדעת מאיפה הם הגיעו?"

מאיצי־העל של היקום

מפת רנטגן של אזור מקור LHAASO J0343 ובה מקור הרנטגן העיקרי מוקף בעיגול ירוק — מפת רנטגן של טלסקופ החלל XMM-Newton באזור המקור LHAASO J0343, ובה מקור הרנטגן העיקרי (בעיגול הירוק) שזוהה כמועמד לנבולת רוח פולסר. מתוך המחקר

המקורות של הקרינה הקוסמית חזקים עד כדי כך שהם מסוגלים להאיץ פרוטונים ואלקטרונים לרמות אנרגיה העולות בהרבה על מה שניתן להשיג גם במאיצי החלקיקים המתקדמים ביותר שבנה האדם. הקבוצה של ג'אנג מתמקדת במאיצים טבעיים אלה — הפבטרונים — כדי להבין היכן הם מצויים, ממה הם מורכבים וכיצד הם דוחפים חלקיקים לאנרגיות קיצוניות כל כך. הבנה עמוקה יותר של מנגנוני ההאצה הללו עשויה לסייע במענה לשאלות יסוד על התפתחות גלקסיות ועל טיבו המסתורי של החומר האפל.

שני המאמרים של הקבוצה בוחנים, בתצפיות במגוון אורכי גל, גופים המועמדים להיות פבטרונים ושמקורם לא היה ידוע. במאמר הראשון, סטיבן דיקרבי (Stephen DiKerby), פוסט-דוקטורנט בקבוצה של ג'אנג, חקר מועמד מסתורי לפבטרון שהתגלה על-ידי מצפה LHAASO (Large High Altitude Air Shower Observatory) בסין, אך טיב המקור נותר לא ברור. באמצעות נתוני רנטגן של טלסקופ החלל XMM-Newton, דיקרבי זיהה מועמדת לנבולת רוח פולסר (pulsar wind nebula) — בועה מתפשטת של אלקטרונים ופוזיטרונים יחסותיים, המוזנת באנרגיה מפולסר. לפי החוקרים, הממצא הזה מבסס את המועמד לפבטרון כ"נבולת רוח פולסר" — אחד המקרים המעטים שבהם ניתן לזהות במפורש את טבעו של פבטרון.

מחקר המשך מאפריל 2026 מערער על הפרשנות הזו. צוות חוקרים מהמכון ההולנדי לרדיו-אסטרונומיה (ASTRON) ומהמכון הלאומי לאסטרופיזיקה של איטליה (INAF) בחן מחדש את מקור הרנטגן בעזרת תצפיות רדיו חדשות של מערך הטלסקופים LOFAR, מידול חלופי של נתוני הרנטגן ונתוני אינפרה-אדום מהארכיון. החוקרים מצאו סביב המקור גופי רדיו האופייניים לצבירי גלקסיות מתמזגים. לפי מסקנתם, שפורסמה בכתב העת Astronomy & Astrophysics, הממצאים תומכים בפרשנות שלפיה מקור הרנטגן הוא צביר גלקסיות מסיבי בתהליך מיזוג, הנצפה דרך אזור במישור שביל החלב שבו האבק בולע חלק ניכר מהאור, ואינו קשור לפבטרון. לדבריהם, תצפיות עתידיות בתחום הרנטגן הקשה יוכלו להכריע סופית בשאלת טבעו של המקור.

תצפיות Swift והצעדים הבאים

במאמר השני, שלושה סטודנטים לתואר ראשון ב-MSU מקבוצתה של ג'אנג — אלה וֶר (Ella Werre), אמירי ווקר (Amiri Walker) ושאן קרים (Shaan Karim) — השתמשו בטלסקופ הרנטגן Swift של נאס"א כדי לצפות בפליטת רנטגן ממקורות שזיהה מצפה LHAASO ושנחקרו מעט עד כה. הצוות חישב גבולות עליונים לפליטת הרנטגן, ועבודתם יכולה לשמש כבסיס למחקרים עתידיים. "באמצעות זיהוי וסיווג של מקורות קרינה קוסמית, נוכל, בתקווה, לבנות קטלוג מקיף של המקורות עם סיווג," אומרת ג'אנג. "זו עשויה להיות מורשת שתאפשר למצפי נייטרינו עתידיים ולטלסקופים 'קלאסיים' לבצע מחקרים מעמיקים יותר במנגנוני האצת חלקיקים."

בהמשך מתכננת הקבוצה של ג'אנג מחקר נוסף על מקורות הקרינה הקוסמית, שבו תשלב את הנתונים שהיא אוספת ממצפה הנייטרינו אייסקיוב (IceCube) עם נתונים מטלסקופי רנטגן וגאמה. החוקרים רוצים לבדוק מדוע יש מקורות קרינה קוסמית שפולטים נייטרינו ואחרים שלא — והיכן וכיצד נוצרים הנייטרינו הללו. "העבודה הזאת תדרוש שיתוף פעולה בין פיזיקאי חלקיקים לאסטרונומים," אומרת ג'אנג. "זה פרויקט אידיאלי לקבוצת הפיזיקה עתירת האנרגיה של MSU."

הכתבה עודכנה בנובמבר 2026 כדי לשקף מחקר מאפריל 2026 שערער על זיהוי מקור הרנטגן כנבולת רוח פולסר והציע שמדובר בצביר גלקסיות.

שאלות ותשובות

מהי הקרינה הקוסמית?

הקרינה הקוסמית מורכבת מחלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה הנעים כמעט במהירות האור. החלקיקים מגיעים מתוך שביל החלב ומחוצה לו, ומקורותיהם המדויקים לא זוהו מאז גילוי הקרינה בשנת 1912.

מהם פבטרונים?

פבטרונים הם מאיצי חלקיקים טבעיים ביקום, שהם מקורות של קרינה קוסמית. הם מסוגלים להאיץ פרוטונים ואלקטרונים לאנרגיות העולות בהרבה על מה שמשיגים מאיצי החלקיקים המתקדמים ביותר שבנה האדם.

מה מצא המחקר על נבולת רוח הפולסר, ומה התברר אחר כך?

סטיבן דיקרבי זיהה בנתוני הרנטגן של טלסקופ החלל XMM-Newton מועמדת לנבולת רוח פולסר באזור של פבטרון שהתגלה במצפה LHAASO. מחקר מאפריל 2026 הציע שמקור הרנטגן הוא ככל הנראה צביר גלקסיות מתמזג שאינו קשור לפבטרון, וחוקריו ציינו שתצפיות ברנטגן קשה יכריעו בשאלה.

מה בדק המחקר של הסטודנטים בטלסקופ Swift?

שלושה סטודנטים לתואר ראשון מקבוצתה של ג'אנג צפו בטלסקופ הרנטגן Swift של נאס"א במקורות של מצפה LHAASO שנחקרו מעט. הם חישבו גבולות עליונים לפליטת הרנטגן מהמקורות האלה, כבסיס למחקרים עתידיים.

מה מתכננת קבוצת המחקר בהמשך?

הקבוצה מתכננת לשלב נתונים ממצפה הנייטרינו IceCube עם נתונים מטלסקופי רנטגן וגאמה. המטרה היא לבדוק מדוע חלק ממקורות הקרינה הקוסמית פולטים נייטרינו ואחרים לא, והיכן וכיצד נוצרים הנייטרינו.

למאמר המדעי על נבולת רוח הפולסר ב-The Astrophysical Journal

למאמר המדעי על תצפיות Swift ב-Research Notes of the AAS

למחקר ההמשך ב-Astronomy & Astrophysics (2026)