אסטרוביולוגיה בטכניון

כיצד משפיעים קרני הגאמא על החיים על כדור הארץ ומדוע איננו נפגשים בציביליזציות מתקדמות מאיתנו * פרופ' ארנון דר

פרופ' ארנון דר

מתוך מגזין הטכניון, 2001 באדיבות דוברת הטכניון
ערפילית הסרטן שנוצרה בהתפוצצות סופרנובה, שאורה הגיע לכדור הארץ לראשונה בשנת 1054 לספירה. ההתפוצצות ארעה במרחק של 6000 שנות אור מכדה”א (כלומר, לקח לאור 6000 שנה להגיע ממקום ההתפוצצות לכדה”א). במרכז, ההתפוצצות נותר כוכב נויטרונים כחלחל (בתמונה) הפולט סילוני קרינה.

כוכב הנויטרונים סובב סביב צירו 30 פעם בשניה, וסילון האור שלו חולף על פני כדה”א פעם בשניה. התמונה התקבלה מהטלסקופ הענק בקוטר 10 מטר עלKechk הנמצא על פסגת ההרמאונה קי בהוואי בגובה 4.5 ק”מ.
אסטרוביולוגיה בטכניון

מאת פרופ' ארנון דר

כיצד החלו החיים על כדור הארץ? האם קיימים חיים במקומות אחרים ביקום? כיצד החלו החיים ביקום? מה עתיד החיים על כדור הארץ וביקום?

חיפוש תשובות מדעיות לשאלות אלה עומד במרכז של האסטרוביולוגיה – מדע בין תחומי חדש המתפתח במהירות רבה בעולם, וגם בטכניון. מחקרים באסטרוביולוגיה שבוצעו בשנים האחרונות בפקולטה לפיסיקה ובמכון לחקר החלל בטכניון, על ידי הפרופסורים ארנון דר, ארי לאור, שלמה דדו וד”ר ניר שביב בעבודת הדוקטורט שלו, בשיתוף פעולה עם מדענים זרים נוהמרכז האירופי למחקר בג'נבה ומכון מקס פלנק במינכן, מעוררים עניין מדעי רב וזוכים לסיקור בטלוויזיה ובעיתונות הבינלאומית. בין השאר הם כלולים בסרט תעודה בריטי שהופק לאחרונה לערוצי הטלוויזיה של נשונל גיאוגרפיק ומוקרן באנגליה.

מחקרים אלו עוסקים באחת החידות המרתקות ביותר באסטרופיסיקה – מקורם של פרצי קרינת גאמא המגיעים אלינו בממוצע אחת ליום מקצה היקום, והשלכותיהם על ההתפתחות החיים על פני כדור הארץ וביקום כולו.

פרצי קרינת גאמא התגלו במקרה על ידי לווייני הריגול ששיגרה ארצות הברית בשנות השישים של המאה העשרים, כדי לבדוק אם ברית המועצות מבצעת ניסויים גרעיניים בחלל בניגוד לאמנה שחתמה, האוסרת על קיומם. זהותם של מתפרצי קרינת גאמא, מיקומם המדויק והדרך שבה הם מייצרים את השטפים האדירים של הקרינה היו בלתי ידועים עד לאחרונה. אבל מידע שנאסף מלוויינים ששוגרו לחלל בשנים האחרונות ומטלסקופים אופטיים ורדיו טלסקופים, הגדולים ביותר שנבנו על פני כדור הארץ, מצביע על כך שמתפרצי קרינת גאמא קורים בגלקסיות מרוחקות, אחת לכ-100 מיליון שנה, בהתפוצצויות אדירות הנקראות סופר נובות, שבהן נולדים כוכבי נויטרונים וחורים שחורים. בגלל המספר הרב של הגלקסיות ביקום, ההתפוצצויות האדירות האלו, שבהן משתחררת אנרגיה השווה לאנרגיה שמייצרים כל הכוכבים ביקום באותה עת, קורות בשמים פעם-פעמיים ביממה. בגלל המרחקים האדירים ביקום עוצמת הקרינה המגיעה אלינו מספיק קטנה בדרך כלל, כך שהיא נבלעת על ידי האטמוספירה של כדור הארץ, המגינה עלינו מפני הקרינה הקוסמית.

עד לאחרונה, מנגנון היצירה המדויק של פרצי קרינת גאמא היה שנוי במחלוקת מדעית. אלפי מאמרים שפורסמו בספרות המקצועית במשך 30 השנים האחרונות הציעו מנגנונים שונים ומגוונים, שנבחנו ונפלו.

אולם מנגנון שהציעה קבוצת הטכניון, ולפיו מתפרצי קרינת גאמא נוצרים על ידי סילוני ענק של חומר הנפלטים בהתפוצצויות סופרנובה בעת לידתם של חורים שחורים, הולך ומתאשר על ידי
עדויות תצפיתיות חדשות. יתרה מכך, מנגנון היצירה של מתפרצי קרינת גאמא מסביר כיצד החיים על פני פלנטות מוכחדים כמעט לחלוטין אחת לכ-100 מיליון שנים, ומדוע אולי לא קלטנו עד כה סימני חיים של ציביליזציות שמקדימות אותנו במיליארדי שנים.

עדויות גיאולוגיות מראות כי החיים על פני כדור הארץ החלו לפני כ-3,500 מיליון שנה, אחרי היווצרות מערכת השמש וכדור הארץ. מקור החיים על פני כדור הארץ בלתי ברור ואיננו יודעים עדיין אם התאים החיים הראשונים נוצרו כאן או הובאו לכאן על ידי מטאוריטים. התיעוד הגיאולוגי של התפתחות החיים על פני כדור הארץ מתחילתם ועד לפני כ-500 מיליון שנה טושטש על ידי שינויים שחלו על פני כדור הארץ. אולם התיעוד הגיאולוגי של 500 מיליון השנים האחרונות ברור יותר.

התמונה הכתקבלת ממנו היא של גוון הולך וגדל עם הזמן של סוגי החי והצומח, שנקטע בצורה ברוטלית מדי פעם על ידי הכחדה כמעט מלאה של כל סוגי החיים שהתפתחו בינתיים על פני היבשות ובים. הכחדות חיים כמעט מלאות קרו בממוצע אחת ל-100 מיליון שנה ב-500 מיליון השנים האחרונות. ההכחדה הכמעט מלאה האחרונה קרתה לפני כ–65 מיליון שנה. בהכחדה וו נעלמו הדינוזאורים ששלטו על פני כדור הארץ בין ההכחדה הגדולה ביותר בתולדות כדור הארץ לפני כ-257 מיליון שנה, עד שהוכחדו לפני כ-65 מיליון שנה. יחד עם הדינוזאורים נעלמו בתוך פרק זמן קצר כ-%70 מסוגי החיים שאיכלסו אז את היבשות והאוקיינוסים. הכחדות חיים אלו חלו, בחלקן, בעת פגיעת מטאוריטים ענקיים בכדור הארץ התפרצויות וולקניות אדירות, נסיגת מי האוקיינוסים ושינויים אקלימיים דרסטיים.

הכחדת הדינוזאורים, למשל, מתלכדת עם יצירתו של מכתש ענק החבוי מתחת חצי האי יוקטן וכנפרץ מקסיקו בעקבות פגיעת אסטרואיד בקוטר של כ-20 ק”מ שם לפני כ-65 מיליון שנה. באותה עת אירעה גם אחת מההתפרצויות הוולקניות הגדולות ביותר בתולדות כדור הארץ, שכיסתה חלק ניכר מהודו ב-3 מיליון קילומטרים מעוקבים של לבה וידועה בשם ..Deccan Traps באותה עת חלו שינויים אקלימיים גלובליים ונסיגה דרסטית בגובה מי האוקיינוסים. הסיבה לצירוף כל האירועים האלה בלתי ידועה עדיין.
קבוצת הטכניון הציעה, כי צירופי אירועים כאלו יכולים להיגרם על ידי סילוני הענק מההתפוצצויות המייצרות את פרצי קרינת ה גאמא, אם ההתפוצצויות קורות בגלקסיה שלנו והסילון מההתפוצצות פונה אלינו. הסיכוי לכך ניתן להערכה פשוטה ממספר הגלקסיות ביקום והקצב הנצפה של התפרצויות קרינת גאמא. סיכוי זה הוא אחד לכ- 100 מיליון שנה ומתאים לשכיחות של הכחדות החיים המאסיביות שקרו ב-500 מיליון השנים האחרונות על פני כדור הארץ.

לפי התיאוריה של קבוצת הטכניון, כוכבים מאוד כבדים מכלים בצורה מהירה את הדלק הגרעיני שבמרכזם. כשנגמרת הבעירה הגרעינית שם, הכוכב אינו עומד בלחץ הגרביטציוני שלו והוא קורס. ההתפוצצות שנוצרת מצליחה להעיף את המעטפת החיצונית שלו וגורמת לתופעת הסופרנובה, הנצפית מכל כיוון. אולם השכבות הפנימיות של הכוכב אינן מרחיקות לכת בפיצוץ ונשאבות מחדש בסחרור אל מרכזו על ידי כוח הגרביטציה. הן מייצרות שם חור שחור, שפולט טילוני חומר במהירות כמעט זהה למהירות האור, לאורך ציר הסיבוב שלו. סילונים אלו משיגים את המעטפת המתפשטת, חודרים אותה ומייצרים בהתנגשות האדירה את פרצי קרינת הגאמא בכיוון התנועה של הסילון.

פרצי קרינת הגאמא נצפים מכדור הארץ רק אם הסילון פונה בכיוון כדור הארץ. התפוצצויות כאלו קורות בגלקסיה שלנו אחת ל-100 שנה, אולם הסילונים מההתפוצצות פונים אלינו רק אחת ל-100 מיליון שנה. האנרגיה שנושא הסילון היא כה אדירה, שהסילון פולח את התווך הבין כוכבי וחוצה את הגלקסיה שלנו בלי לסטות מכיוונו. אם הסילון עובר דרך מערכת השמש, הוא יכול להסיט אסטרואידים מחגורת האסטרואידים או מענן אורט של מערכת השמש למסלול התנגשות עם כדור הארץ. קרני הגאמא המקדימות את הסילון הן בעוצמה כה חזקה, שהן עצמן יכולות לגרום לשינויים קטלניים באטמוספירה של כדור הארץ.

הסילון שבא בעקבותיהן גורם להרס העיקרי והשמדת החיים על האדמה, מתחת לאדמה ובאוקיינוסים על ידי קרינות חודרניות שהוא מייצר בעת פגיעתו באטמוספירה של כדור הארץ. האם צפויה לנו סכנה מיידית מהתפרצות קרינת גאמא בגלקסיה שלנו? הכוכבים המאוד כבדים המיועדים לסיים את חייהם בהתפוצצות סופרנובה ושיגור סילונים קוסמיים קטלניים בגלקסיה שלנו הם כוכבים בוהקים במיוחד, שקל יחסית לצפות אותם. בגלקסיה שלנו ידועים כשלושה כוכבים שבתוך תקופה קוסמית קצרה יחסית – כמיליון שנה – ייצרו התפוצצות כזו, אך ציר הסיבוב שלהם והסילונים שיפלטו לא יהיו מופנים בכיוון כדור הארץ. אנו לא ניפגע מהם, אולם ציביליזציות אחרות, אם הן קיימות על פלנטות אחרות במערכות שמש אחרות על מסלול ההתקדמות של הסילונים האלה ומספיק קרוב למקום ההתפוצצות, יוכחדו.

ארנון דר, שותף למחקרים האלו, לא יהיה מופתע אם מחקרי הקבוצה יחשפו אירוניה קוסמית קיצונית – מערכת השמש והחומרים שמהם אנו וכדור הארץ עשויים נוצרו בהתפוצצות סופרנובה בסביבתנו לפני כ- 5 מיליארדי שנים. סילונים מהתפוצצות סופרנובה אחרת בגלקסיה שלנו
עשויים, בסופו של דבר, להכחיד את החיים על הפלנטה שלנו, שסופרנובה קודמת ייצרה.

בתמונה: שני סילונים יחסותיים היוצאים בכיוונים הפוכים מהחור השחור במרכזו של הקוואזר 175C3(במרכז) המרוחק מאיתנו כ-10 מיליארדי שנות אור. כשהסילונים נעצרים, לאחר שהם מוטסים על ידי התווך הבין-גלקטי לאורך מסלול של כמיליון שנות אור, הם מייצרים שתי אונות בוהקות. הסילון המתרחק מאיתנו אינו נראה משום שקרינתו מרוכזת לתוך חרוט שנפתח לכיוון ההפוך מאיתנו.

התמונה צולמה באורך גל של 6 ס”מ בעזרת הרדיו טלסקופ הגדול ביותר בעולם,VLA המוצב על כדור הארץ במדינת ניו-מקסיקו, ארה”ב.