מדעני מכון ויצמן למדע צפו לראשונה בסופרנובה של כוכב ענק

לרוב מתרחשות סופרנובות בכוכבים בעלי 10-100 מסות שמש, באורח נדיר הדבר התרחש גם בכוכב בן 150 מסות שמש – שבו הפכה ליבת הכוכב לברזל

שרידי הסופרנובה של קפלר. כוכב קטן יחסית המחולל צונאמי בין כוכבי בהשילו את האטמוספירה והשכבות העליונות שלו לחלל. מה יקרה לכוכב גדול בהרבה? צילום: נאס''א
שרידי הסופרנובה של קפלר. כוכב קטן יחסית המחולל צונאמי בין כוכבי בהשילו את האטמוספירה והשכבות העליונות שלו לחלל. מה יקרה לכוכב גדול בהרבה? צילום: נאס''א

מה מתרחש כאשר כוכב ענק – גדול פי כמה מאות מהשמש שלנו – מתפוצץ? תיאוריה בעניין הזה פותחה לפני שנים, אבל התצפית הראשונה בהתפוצצות כזאת בוצעה רק לאחרונה, על-ידי צוות של מדענים מישראל, גרמניה, ארצות-הברית, אנגליה וסין, בראשות ד"ר אבישי גל-ים ממכון ויצמן למדע. הצוות עקב במשך שנה וחצי אחר התפוצצות כזאת (סופרנובה), ומצא שהתצפית מתאימה לתחזיות העולות מהתיאוריה על התפוצצות של כוכבים שגודלם פי 150 או יותר ממאסת השמש שלנו. ממצאים אלה, העשויים להרחיב את הבנתנו באשר למגבלות טבעיות על גודלם של כוכבים, וכן באשר לתהליכי יצירת היסודות ביקום, התפרסמו באחרונה בכתב-העת המדעי Nature.

"הסוד טמון באיזון" אומר ד"ר אבישי גל-ים מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה במכון ויצמן למדע. "במהלך חיי הכוכב נשמר איזון בין כוח הכבידה שמושך את החומר שלו פנימה, לבין החום שנוצר בתגובה הגרעינית במרכזו שדוחף את החומר החוצה. בסופרנובות שאנו מכירים, אלה של כוכבים הגדולים פי 10-100 מהשמש שלנו, התגובה הגרעינית מתחילה במיזוג של מימן להליום, כמו בשמש שלנו. אבל בכוכבים שבהם המימן אוזל, נמשך מיזוג גרעיני של יסודות כבדים יותר, עד שליבת הכוכב הופכת לברזל. בשלב הזה, מכיוון שאטומי ברזל אינם מתמזגים בקלות, התגובה הגרעינית מסתיימת – והאיזון מופר. בהיעדר כוח שדוחף החוצה, כוח הכבידה משתלט ומאסת הכוכב קורסת פנימה. תוך כדי הקריסה, משתחררת אנרגיה רבה הגורמת לפיצוץ, והכוכב משליך את השכבות החיצוניות שלו למרחבי היקום".

אבל התהליך הפיסיקלי המתרחש בכוכב סופר-ענק שונה. בכוכבים האלה נוצרים פוטונים (חלקיקי אור) כל כך אנרגטיים, עד שהם עשויים להתמזג זה בזה ולהפוך לזוגות חלקיקים: אלקטרונים והחלקיקים ההפוכים להם, פוזיטרונים. כלומר, חלקיקים בעלי מאסה (אלקטרונים ופוזיטרונים) נוצרים מהפוטונים, שאין להם מאסה, דבר ששואב אנרגיה מהכוכב. שוב, האיזון מופר, אבל הפעם, הכוכב מתמוטט בשלב שבו ליבתו עשויה חמצן, ולא ברזל. החמצן החם והדחוס מתפוצץ בתגובה תרמו-גרעינית דוהרת שמשמידה את מרכז הכוכב לגמרי ומשאיר אחריה רק אבק כוכבים זוהר. "מודלים של 'סופרנובות זוגות' חושבו לפני עשורים, לדוגמא על-ידי פרופ' זלמן ברקת ופרופ' גדעון רכבי מהאוניברסיטה העברית, ופרופ' גיורא שביב מהטכניון" אומר ד"ר גל-ים, "אבל אף אחד לא ידע האם פיצוצים ענקיים כאלה באמת מתחוללים בטבע. הסופרנובה החדשה שגילינו מתאימה למודלים האלה".

באמצעות ניתוח המידע שאספו מהסופרנובה החדשה, אמדו המדענים את גודל הכוכב ומצאו שמסתו גדולה בערך פי 200 ממסת השמש. תוצאה זו מעניינת במיוחד, מכיוון שעד כה סברו מדענים רבים שבחלק היקום שלנו אין כוכבים שגודלם עולה על כ-150 מאסות שמש, וייתכן שקיים אילוץ פיסי מסוים שמגביל את היקף הכוכבים. הממצאים שעולים מהמחקר של ד"ר גל-ים ושותפיו למחקר מציעים שכוכבים סופר-ענקיים אמנם נדירים, אבל קיימים. יתכן אפילו שכוכבים גדולים עוד יותר – עד פי 1,000 מהשמש – התקיימו ביקום הצעיר. "זו הפעם הראשונה שיכולנו לנתח תצפיות על כוכב מתפוצץ עצום כל כך", אומר ד"ר פאולו מצאלי ממכון מקס פלנק לאסטרופיסיקה שבגרמניה, שהוביל את המחקר התיאורטי של הפיצוץ. "הצלחנו למדוד את הכמויות של יסודות חדשים שנבראו בפיצוץ הזה, כולל ניקל רדיואקטיבי שזה עתה נוצר, שמאסתו עולה פי חמש ויותר על מאסת השמש. פיצוצים כאלה עשויים להיות 'מפעלים' חשובים לייצור מתכות כבדות ביקום".

הסופרנובה הענקית שנצפתה נמצאת בגלקסיה זעירה – רק מאית מגודל הגלקסיה שלנו. מדענים סבורים שגלקסיות גמדיות כאלה עשויות – מסיבות שונות – להוות בית לכוכבים ענקיים כאלה. ד"ר גל-ים: "הגילוי והניתוח של הפיצוץ הייחודי הזה העניק לנו תובנות חדשות באשר למידות המרביות אליהן יכולים כוכבים מאסיביים כאלה להגיע, ובאשר לדרך שבה הענקים האלה תורמים להרכב היסודות ביקום שלנו. אנו מקווים להרחיב את הבנתנו עוד יותר כשנמצא דוגמאות חדשות של כוכבים כאלה. לשם כך התחלנו לבצע באחרונה סקרים חדשים באיזורים גדולים ובלתי מוכרים של היקום".

להודעה המקבילה באנגלית

באותו נושא באתר הידען:

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

20 תגובות

  1. יואל משה:
    הפוטון הוא חלקיק.
    המילה "יחידת אנרגיה" עלולה לבלבל כיוון שאפשר יהיה להסיק מכך שאנרגיה נמדדת בפוטונים ולא זה המצב.
    לפוטון יש אנרגיה המתבטאת בתדירות שלו.
    ככל שתדירותו גבוהה יותר – האנרגיה שלו גבוהה יותר.

  2. למיכאל ואהוד תודה. האם לפיכך יש להגדיר את הפוטון כיחידת אנרגיה?
    אשמח להבהרות

  3. משה

    התהליך הוא התהליך ההפוך לאניהילציה של חלקיק ואנטי חלקיק. לדוגמא אלקטרון ופוזיטרון יכולים להיעלם ולייצר פוטון (חסר מסת מנוה).

  4. יואל משה:
    זה בגלל שלא שמעת על השקילות של מסה ואנרגיה ויכולתן להיות מומרות זו לזו.

  5. מישהו יכול לתת הסבר ל,חלקיקים חסרי מסה [פוטונים]הופכים לחלקיקים בעלי מסה[אלקטרונים ופוזיטרונים'. לי זה נשמע כסתירה.
    תודה

  6. כבר הרבה זמן מטריד אותי:
    כמה זמן לוקח פיצוץ כזה?
    אני מתכוון מהרגע שהוא מתחיל ועד שהכל מתפזר.
    שניות? דקות? שנים?
    אם נתבונן ברימון יד למשל, אפשר לתחום באופן מאד ברור את הזמן מרגע שחרור האנרגיה ועד שהמערכת מגיעה למנוחה חזרה. מדובר בכמעט שנייה, נניח.
    איך זה בכוכבים?

  7. שאלת תם (אולי):

    האם ידוע מתי התרחשה הסופרנובה שמוזכרת בכתבה הנ"ל?

  8. במהלך היתוך גרעיני של כוכב נוצרים יסודות כבדים עד לברזל – כאשר כל תגובות ההיתוך הללו משחררות אנרגיה. מכיוון שלא ניתן להפיק אנרגיה מהתחברותם של גרעינים כבדים יותר מגרעין הברזל – הוא אחרון היסודות הנוצרים בליבות הכוכבים בדרך היתוך גרעיני. במהלך הסופרנובה של הכוכב, לזמן קצר נוצר בכוכב מקור אנרגיה אדיר המאפשר ליסודות כבדים יותר להיווצר – חלקיקים קלים עוברים היתוך עם הברזל והופכים ליסודות כבדים יותר ויותר (ניקל, עופרת, אורניום וכו').

    יש להוסיף שעיקר הקרינה הנפלטת בסופרנובה לא בתחום הקרינה האלקטרומגנטית אלא אנרגיה הנפלטת בניטרינים – חלקיקים שמקורם בתהלכים המתרחשים בליבת הכוכב המתפוצץ, בהם אלקטרונים ופרוטונים, יצרו ניטרונים תוך כדי פליטת ניטרינו.

  9. little:
    במובן זה (של היווצרות יסודות שונים במהלך סופרנובה) אין כאן מידע חדש.
    למעשה כמעט כל היסודות נוצרו במהלך היתוך – בכוכבים ובסופרנובות.
    http://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_fusion

    זו אמנם התגשמות חלומם של האלכימאים אבל למרבה הצער מדובר בתהליכים אנרגטיים מאד (גם באנרגיה הנחוצה לשפעולם וגם באנרגיה שהם יוצרים) ועוד לא למדנו לשלוט בהם ולרסן אותם.

    ריסון הוא לא תמיד מה שמחפשים ופצצות המימן תעדנה על כך אבל כאשר לא מדובר בפצצות כנראה שיש לנו עוד מה ללמוד (וכנראה לא מהתפרצות סופרנובה שגם היא פיצוץ).

  10. הערה נוספת

    עבור מסות כוכב התחלתיות מספיק גדולות (ראה גבולות תיאורטיים שהזכרתי בתגובה הקודמת),
    התוצר ש יווצר חור שחור או כוכב ניטרונים תלוי במנגנון הספציפי של הסופר-נובה (פיצוץ) כמה מהר הוא מתרחש ואחלו ראקציות גרעיניות מתרחשות.

  11. אבל המידע הזה דווקא כן שימושי אולי יהיה אפשר להכין אבני יסוד שונים כמו ברזל ע"י חקירה של אופן היווצרותו ביקום. כלומר לדמות מעין סופרנובה רק במימדים שונים והנה יש לנו חומר =] נשמע מרתק ביותר…אולי..אני רק ילד קטן

  12. יחני:
    לא מדובר ב"או חור שחור או סופר נובה"
    למעשה המצב הוא הפוך: כמעט תמיד כרוכה היווצרות חור שחור בפיצוץ סופר נובה.

  13. א.בן-נר:
    בזמנו ראיתי טבלאות בעניין בספרו של קיפ ת'ורן Black holes and time warps אבל בדיקה בויקיפדיה מראה שאין מספרים מוחלטים בעניין. הם מתנים את היווצרות החור השחור בגודל הליבה שנשארת אחרי ההתפוצצות אבל אינם מדברים על מה הייתה מסת הכוכב לפני ההתפוצצות.
    http://en.wikipedia.org/wiki/Black_hole

  14. ל- א.בן-נר

    כדי שהכבידה תתגבר על כוחות הדחיה ויהפך לחור שחור הוא צריך שיהיה מסיבי
    יותר מכ- 1.4מסות שמש שזהו גבול צנדרהשנקר שמתחתיו מצליח לחץ הנוון האלקטרוני
    לבלום את הקריסה הגריוטציונית.
    גבול נוסף הינו גבול טולמן-אופנהיימר-וולקוף הקובע מתי הגרוטיציה יותר חזקה מלחץ הנוון הניטרוני.
    המסה המתאימה לגבול טולמן-אופנהיימר-וולקוף היא כ-3 מסות שמש.

    אין לי מספיק ידע בנושא אבל אפשרות אחרת היא כי הכוכב יקרוס מספיק מהר לפני
    שכל הפרוטונים יהפכו לניטרונים ואז יתכן ויכול להווצר חור שחור מכוכב בעל מסה קטנה מגבול
    טולמן-אופנהיימר-וולקוף.

    עד כאן לגבי גבולות תיאורטיים עד כמה שאני יודע המסה הטיפוסית לכוכב ההופך לחור
    שחור היא כ- 10 מסות שמש.

  15. לאינקוגניטו
    טעות בדבריך. התועלת לאנושות אינה מן המחקר המדעי ולא מחקר הסופרנובות אלא, מהידע (!!!) הנלמד והנצבר כתוצאה מהמחקר.
    יתכן כי המידע הקונקרטי אודות הסופרנובה לא יהיה בו כדי לעזור לאנושות באופן ישיר ומיידי ואולם, הידע המדעי הנרכש ע"י האנושות
    במהלך המחקר, אודות החוקים הפועלים בטבע, עשוי להיות שימושי ומועיל בשדות ותחומים רבים ומגוונים שאף אינם ניתנים לחיזוי ולשיעור
    בשלב המחקר. קיימות לכך דוגמאות רבות.
    הידעת ? רשת האינטרנט בה הנך משתמש כעת, פותחה במאיץ ההדרונים הגדול (LHC) בסרן (CERN)-שוויץ, לצרכי תקשורת פנימית בין מפעילי המאיץ והחוקרים שאמורים לנתח את תוצאות הניסויים שיערכו במאיץ. והנה, הפלא ופלא, עוד לפני שהתחילו הניסויים במאיץ עצמו הפך האינטרנט לרשת כלל עולמית אדירת מימדים. גם אם ה-LHC יצא היום מכלל שימוש ולא יעשה בו אף ניסוי אחד, הוא את תרומתו האדירה לאנושות כבר נתן. לא כל שכן לאחר שיבוצעו בו הניסויים המתוכננים.

  16. שאלה ל"ידענים" באשר הינכם :
    כמה מסות שמש, לפחות, צריך שיהיה לכוכב כדי, שכשיגיע למיצוות ב"ה ויגמור את חיו ויתפוצץ בפיצוץ סופרנובה, תהפוך ליבתו ל"חור שחור" ?

  17. בכל חקר המדעים יש תמיד עזרה לאנושות בדרך כל שהיא
    אבל לא נראה לי שחקר סופרנובות עוזר במשהו למין האנושי (ידיעת מידע חדש ללא צורך לא בהכרח עוזר).

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן