סופרנובה על חם

תצפית מיוחדת מתעדת את הרגעים הראשונים של התפוצצות סופרנובה, הנגרמת כשליבת הברזל של כוכב מסיבי אינה עומדת כנגד משיכת הכבידה העצמית שלו

מיכל סחף, מתוך גליון אוגוסט 2008

כוכבים מסיביים מסיימים את חייהם בהתפוצצות דרמטית הקרויה סופרנובה. בתהליך קיומו ממיר הכוכב יסודות קלים ליסודות כבדים יותר בתהליך של היתוך גרעיני, ובדרך זו מופקת אנרגיה. ואולם, ככל שהיסודות הופכים כבדים יותר, כמות האנרגיה שאפשר להפיק מהם קטֵנה. ברזל הוא היסוד האחרון בתהליך זה, שמעבר לו אין אפשרות להפיק אנרגיה מהיתוך גרעיני.

כוכבים קלים (פחות משמונה מסות שמש) אינם מגיעים כלל לשלב הברזל, ומסיימים את חייהם בדעיכה איטית כגופים קומפקטיים ההולכים ומתקררים, המכילים יסודות קלים יחסית, כמו פחמן וחמצן. גופים אלה קרויים ננסים לבנים.

כוכבים מסיביים יותר מגיעים למצב שבו ליבת הברזל שלהם אינה עומדת כנגד משיכת הכבידה העצמית שלהם. בשלב זה הכוכב קורס תחת כבידתו העצמית, וגל ההלם הנוצר בקריסה זו מביא להתפוצצות שבה נפלטים קרינה וחומר, ונוצרים יסודות נוספים, כבדים יותר מברזל, שאילולא כן לא היו מצויים כמעט ביקומנו. התפוצצות זו מוכרת למדע זה שנים בשם “סופרנובה”.

תצפית בלתי מתוכננת

מאחר שאין סימנים מקדימים המאפשרים לחוקרים על פני כדור-הארץ לדעת כי בגלקסיה מרוחקת עומד כוכב דועך לסיים את חייו, לא היו עד כה נתונים מרגעיה הראשונים של ההתפוצצות. לרוב מתגלה הסופרנובה רק שבועות אחדים לאחר תחילתה, כאשר חומרים רדיואקטיביים שנוצרו בהתפוצצות מעוררים פליטה של אור בוהק מקרבת הכוכב שהתפוצץ. למען הדיוק, יש להדגיש כי הסופרנובה מתרחשת בפועל זמן רב טרם הגעת אותות הפיצוץ לכדור-הארץ, מאחר שהזמן הנדרש לקרינה כדי לחצות את המרחק שבין הסופרנובה לכדור-הארץ עשוי להיות ארוך מאוד (מאות אלפי שנים ואף מיליונים רבים).ואולם, לצורך פשטות הניסוח נתייחס כאן למועד הפיצוץ כפי שנצפה מכדור-הארץ.

כעת, לראשונה, זכו מדענים ללכוד את רגע הולדתה של סופרנובה, וחוקרים מכל העולם – ובהם פרופ' אלי וקסמן וד”ר אבישי גל-ים ממכון ויצמן למדע – התגייסו לעבודת התצפית ולפענוח הנתונים מן האירוע. הסופרנובה 2008D נתגלתה בינואר 2008 בגלקסיה NGC 2770, המרוחקת 90 מיליון שנות אור מכדור-הארץ. לוויין המחקר סוויפט של נאס”א, ששימש באותה עת את החוקרים אליסיה סודרברג (Soderberg) ועידו ברגר (Berger) מאוניברסיטת פרינסטון לתצפית בסופרנובה אחרת באותה גלקסיה (SN 2007uy), קלט פרץ פתאומי של קרינת X.

מאורע זה התגלה בהמשך כמסמן את ראשית התהוותה של סופרנובה. תצפית בלתי מתוכננת זו אִפשרה לחוקרים להפיק מידע רב-ערך ונדיר על הרגעים הראשונים בתהליך הפיצוץ, שטרם נחקרו. פרץ קרינת ה-X בסופרנובה זו ארך דקות אחדות, והתרחש ככל הנראה בעת שגל ההלם מהקריסה, אשר נע החוצה, פרץ את מעטפת הכוכב.

תצלום בתחום קרני ה-X (משמאל) ובאולטרה-סגול (מימין) של הגלקסיה NGC 2770. צולם בעת תצפית על הסופרנובה SN 2007uy, אשר במהלכה הופיעה הסופרנובה 2008D SN. התמונות צולמו בינואר 2008 על-ידי לוויין המחקר סוויפט של נאס”א.

מסקנות בעקבות התצפית

במאמר שהתפרסם בכתב-העת Nature מספרים החוקרים, כי על פי המידע שנאסף בהתרחשות, נראה כי תהליך ההתפוצצות בפועל דומה למדי לתהליך שחזו המודלים התיאורטיים. התצפית בשעותיה הראשונות של הסופרנובה מלמדת על מאפייניו של הכוכב המתפוצץ: זהו כוכב דחוס, אשר רדיוסו כמיליון קילומטרים (לא גדול בהרבה מהשמש, אף כי הוא מסיבי ממנה), ורוח כוכבית חזקה שנפלטה ממנו סילקה את שאריות מעטפת המימן שהקיפה אותו.

כמו כן היה אפשר להסיק רבות על אודות המתרחש בשלבים הראשונים של תנועת גל ההלם בכוכב הקורס. בשלבים מאוחרים יותר נוספו לגילוי הראשוני תצפיות בטווח רחב של אורכי גל, אשר חשפו תהליכים שונים המתרחשים בחומר הנפלט בהתפוצצות.

הכוכבים הגוססים, טרם קריסתם, המכונים כוכבי וולף-ראייט (Wolf-Rayet), מהווים מוקד עניין עקב האפשרות כי הם הגורמים לתופעות המסתוריות של פרצי קרינת גמא, שמקורן אינו ידוע, הנצפות לעתים ברחבי היקום. אחת הסברות באשר למקור פרצי קרינת הגמא קושרת אותם להתפוצצות סופרנובות.

הגלקסיה 0NGC 277 נצפתה בעת התרחשות הסופרנובה 2008D גם באמצעות טלסקופ של קרני גמא (Swift Burst Alert Telescope), אך לא נמצא פרץ קרני גמא הקשור לאירוע, וסך כל האנרגיה שנפלטה בהתפוצצות הסופרנובה היה רק כאלפית מזו המאפיינת את פרצי קרינת גמא. אין בכך כדי לשלול את הקשר בין סופרנובות לבין פרצי קרינת גמא, אך אפשר להסיק כי לפחות עבור חלק מהסופרנובות, בעלות מאפיינים מסוימים, הקשר אינו מתקיים.

תצפית ייחודית זו היא בעלת חשיבות גם לעתיד: מכאן ואילך ידעו חוקרי הסופרנובות כי את השלב הראשון של התהליך יש לחפש באמצעות תצפיות בקרינת X. יש לקוות כי תגלית זו תאיץ את חקר הסופרנובות בשנים הקרובות. בשלבים הראשונים, הסופרנובה אמורה להפיק גם גלי כבידה חזקים ושטף גדול של חלקיקי נויטרינו – שתי תופעות המעוררות עניין רב בעולם המדע, הן כשלעצמן והן במסגרת חקר הסופרנובות – ולכן יש ערך רב ליכולת לזהות מוקדם ככל האפשר את התרחשותן על מנת לנסות ולצפות בהן.