האם סופרנובה בשביל החלב תיראה מכדור הארץ ב-50 שנים הקרובות?

החדשות הטובות הן שהם כבר חישבו שהסיכויים לכך שסופרנובה כזו תתגלה לטלסקופים בצורה של קרינה תת־אדומה הם כמעט 100 אחוזים. החדשות רעות הן שהסיכוי לכך שהסופרנובה תיראה לעין בלתי מזוינת בשמי הלילה נמוך בהרבה – רק 20 אחוזים או פחות.

אסטרונומים מאוניברסיטת אוהיו חישבו את הסיכויים לכך שבמהלך 50 השנים הבאות תתרחש סופרנובה בגלקסית הבית שלנו ותיראה מכדור הארץ.

החדשות הטובות הן שהם כבר חישבו שהסיכויים לכך שסופרנובה כזו תתגלה לטלסקופים בצורה של קרינה תת־אדומה הם כמעט 100 אחוזים. החדשות רעות הן שהסיכוי לכך שהסופרנובה תיראה לעין בלתי מזוינת בשמי הלילה נמוך בהרבה – רק 20 אחוזים או פחות.

ובכל זאת, מדובר בחדשות טובות לאסטרונומים, שבניגוד לכולנו, יש להם מצלמות רבות עצמה הסורקות באמצעות קרינה תת־אדומה כל נקודה בשמיים באופן מיידי. עבורם, מחקר זה מצביע על כך שיש להם סיכוי טוב לעשות משהו שמעולם לא נעשה בעבר: לאתר סופרנובה מספיק מהר כדי לצפות במה שקורה בשלבים הראשונים של מותו של כוכב מאסיבי. תופעת הסופרנובה מתרחשת ברגע שכוכבים גדולים מאוד מסיימים את כל הדלק הגרעיני שלהם וליבתם מתמוטטת, רגע לפני שהכוכב מתפוצץ באלימות וזורק את רוב המסה שלו לחלל.

“אנחנו רואים את כל הכוכבים האלה העומדים להתפוצץ כסופרנובה בגלקסיות אחרות ואנחנו לא מבינים איך זה קורה. אנחנו חושבים שאנחנו יודעים, אנחנו אומרים שאנחנו יודעים, אבל זה לא ממש נכון ב-100 אחוזים”, אמר כריסטופר קוצ’נק, פרופסור לאסטרונומיה באוניברסיטת מדינת אוהיו וחוקר בתחום הקוסמולוגיה התצפיתית. לדבריו, כיום ישנן טכנולוגיות מתקדמות שהביאו למצב שאנחנו יכולים ללמוד עוד על סופרנובות אם נוכל לתפוס את הסופרנובה הבאה אחריה בגלקסיה שלנו ולחקור אותה בכל הכלים העומדים לרשותנו .”

תוצאות המחקר התפרסמו בכתב העת אסטרופיסיקל ג’ורנל .

קוצ’נק הסביר כיצד הטכנולוגיה הופכת את המחקר של סופרנובות בשביל החלב לאפשרי. “כעת יש ברשות האסטרונומים גלאי ניטרינו רגישים (חלקיקים הנפלטים מליבתו הקורסת של כוכב) וגלי כבידה (שנוצרים על־ידי התנודות של הליבה של הכוכב), אשר יכולים לגלות כל סופרנובה המתרחשת בגלקסיה שלנו. השאלה היא אם אנחנו יכולים ממש לראות אור מסופרנובה, זו שאלה אחרת משום שאנו חיים בגלקסיה מלאה אבק. חלקיקי פיח כמו אלו הנפלטים ממשאיות דיזל אשר סופגים את האור ואולי יסתירו את הסופרנובה משדה הראיה שלנו.”

“אחת לכמה ימים, יש לנו הזדמנות לצפות בסופרנובות המתרחשות מחוץ לגלקסיה שלנו, “אמר הדוקטורנט סקוט אדמס, “אמנם למדנו מהן הרבה אך סופרנובה בגלקסיה שלנו היתה מראה לנו הרבה יותר. גלאי הנייטרינים וגלאי הכבידה רגישים מספיק רק כדי למדוד בתוך הגלקסיה שלנו, שבה אנו מאמינים כי הסופרנובה מתרחשת רק פעם אחת או פעמיים במאה “.

אדמס הוסיף: “למרות הקלות שבה אסטרונומים מגלים סופרנובות המתרחשות מחוץ לגלקסיה שלנו, לא מובן מאליו שניתן יהיה לבצע תצפיות של סופרנובה המתרחשת בתוך הגלקסיה שלנו משום שהיא מלאה באבק המעמעם את האור הנראה הנפלט מכוכבים קרובים למרכז הגלקסיה. אור תת־אדום מתעמעם הרבה פחות מהאור הנראה.
באמצעות שקלול כל הגורמים הללו קבעו האסטרונומים כי ישנם כמעט 100 אחוזי סיכוי ללכוד סופרנובה בשביל החלב במהלך 50 השנים הבאות.

תכניתם של האסטרונומים מנצלת את העובדה שסופרנובות פולטות נייטרינים מיד לאחר תחילת הפיצוץ, אך לא מאירות באור תת־אדום או נראה דקות, שעות, או אפילו ימים לאחר מכן.

כך, בתרחיש האידיאלי, גלאי הניטרינו כגון סופר Kamiokande (Super -K) ביפן היו מספקים התראה ברגע שהם מזהים ניטרינו ,ומצביעים לכיוון ממנו הגיעו החלקיקים. גלאי קרינה תת־אדומה יוכלו להתמקד על האיזור החשוד כמעט באופן מיידי, ובכך הם יאפשרו לצפות בסופרנובה לפני שההתבהרות מתחילה. מצפים גרביטציוניים יכולים לעשות את אותו הדבר.

אבל בהתחשב בעובדה שלא כל חלקיקי הניטרינו מגיעים מסופרנובות – יש כאלה שמגיעים מכורים גרעיניים, מהאטמוספרה של כדור הארץ או מהשמש – כיצד יוכל הגלאי לדעת את ההבדל? סופרנובה תייצר צרורות קצרים של חלקיקי ניטרינו כדי שיתגלו בהפרש של כמה שניות זה מזה. אבל תקלות נדירות במיכשור האלקטרוני של הגלאים יכולים לגרום לאותה תופעה, הסביר ג’ון ביקום, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה ומנהל המרכז לקוסמולוגיה ואסטרופיסיקת חלקיקים באוניברסיטת אוהיו. “אנחנו צריכים למצוא דרך לומר מייד שהחלקיקים מעידים על סופרנובה”, אמר .

הוא ועמיתו מארק ואגינג, מומחה אמריקני לניטרינו העובד בסופר K הצביעו לפני עשור על הדרך לעשות זאת. כעת בנו ואגינס ואחרים דגם מוקטן של סוג מיוחד של גלאי ניטרינו במערה תת־קרקעית חדשה ביפן.

כמחברים משותפים של המאמר באסטרופיסיקל ג’ורנל, תיארו ואגינס וביקום את הגלאי החדש, המכונה EGADS (ר”ת Evaluating Gadolinium’s Action on Detector Systems). במשקל 200 טונות EGADS קטן בהרבה מהגלאי של סופר K שמשקלו 50 אלף טון, אך שניהם מכילים מכלים של מים במצב טהור כמעט לחלוטין.

במקרה של EGADS הוסיפו החוקרים כמות זעירה של היסוד גדוליניום, המסייע לאתר חלקיקי ניטרינו המגיעים מסופרנובה בדרך מיוחדת. כאשר ניטרינו מסופרנובה בשביל החלב נכנס למכל, הוא יכול להתנגש עם מולקולות מים ולשחרר אנרגיה וכמה ניוטרונים. לגדוליניום יש משיכה גדולה לניוטרונים, והוא יבלע אותם ויפלוט בחזרה ניוטרון שלו. התוצאה תהיה אות גילוי אחד ולאחריו ייקלט ניוטרון בעצמה חלשה בהרבה – פעימת לב חלשה בתוך המכל לכל ניטרינו שהתגלה. לדברי השניים, האות הזה יגדיל את הביטחון בכך שמדובר בחלקיקים שמקורם בסופרנובה. הצלחת הניסוי גרמה לכך שאנשי סופר K יוסיפו עד שנת 2016 גדוליניום למכל שלהם שיהיה מסוגל למדוד את כיוונם של הנייטרינים ולהגדיל את רגישותו.

לאלו המקווים לראות את הסופרנובה בעין, הסיכויים נמוכים ביותר ותלויים בקו הרוחב שלנו על כדור הארץ. בפעם האחרונה זה התרחש בשנת 1604, כאשר יוהנס קפלר הבחין בסופרנובה בוהקת שהתרחשה במרחק של כ-20 אלף שנות אור בקבוצת “נושא הנחש”, שנראתה בשמי הלילה בצפון איטליה.

לפי חישוביו של אדאמס ההסתברות שסופרנובה בגלקסיה שלנו תתגלה לעין בלתי מזוינת ממקום כלשהו על־פני כדור הארץ בתוך 50 השנים הבאות היא כ-20-50 אחוזים, כאשר למתגוררים בחצי הכדור הדרומי יש סיכוי גבוה יותר שכן הם יכולים לראות יותר חלקים של הגלקסיה שלנו בשמי הלילה. הסיכויים פוחתים ככל שפונים צפונה. בקולומבוס, אוהיו, למשל, יכול הסיכוי לרדת אל מתחת ל- 10 אחוזים.

“הסיכויים לראות תצוגה מרהיבה אינם לטובתנו, אבל זו עדיין אפשרות מרגשת!”, הוא סיכם. “מכיוון שהסיכוי לסופרנובה בשביל החלב הוא קטן, רק אחת או שתיים במאה שנים, יהיה חבל לפספס אותה. המחקר נועד לשפר את הסיכויים שהמדענים יהיו מוכנים לאירוע מדעי של פעם בחיים”, אמר ביקום.

להודעה של החוקרים