בום באמצע היקום

בעבר הלא-רחוק, איתור סופרנובה – כוכב מתפוצץ – נחשב למחזה נדיר. כשפרופ' אבישי גל-ים, למשל, למד לתואר שלישי, הוא מצא שבע סופרנובות בארבע שנים. כיום, שיפורים באמצעי המדידה והניתוח מאפשרים לחזות בכחמישים פיצוצים כאלה מדי יום. יכולתם המשופרת של אסטרופיסיקאים לחזות בסופרנובות אולי הופכת את האירוע השמימי למרגש פחות, אבל העלייה בשכיחות מעלה את הסבירות לחזות בסוגים נדירים יותר של פיצוצים – שעד כה נחשבו תיאורטיים בלבד. באחרונה זיהו פרופ' גל-ים ושותפיו למחקר סופרנובה מסוג שלא נצפה עד כה. ממצאיהם מתפרסמים היום בכתב-העת המדעי Nature.

בליבתו של כל כוכב מתרחש, בכל רגע נתון, תהליך של היתוך גרעיני: יסודות קלים מתמזגים והופכים, אט-אט, ליסודות כבדים יותר. היתוך של גרעיני מימן הופך להליום, שהופך לפחמן וחמצן, וכך הלאה. בסוף התהליך נוצר ברזל – שממנו לא ניתן להפיק אנרגיה גרעינית. במצב רגיל, האנרגיה שנוצרת בליבת הכוכב יוצרת חום ששואף לגרום לכוכב להתפשט, ומאפשרת לו לשמור על איזון עם כוח הכבידה – שדוחק את מאסת הכוכב לליבה. ברגע שכוכב מפסיק לייצר אנרגיה – האיזון מופר, ויכול להוביל לאחת משתי תוצאות: או שנפער חור שחור בליבת הכוכב – שגורם לו לקרוס לתוך עצמו, או שיתפוצץ – ויפזר את החומר שממנו הוא עשוי למרחבי החלל.

זהו, כמובן, תהליך ארוך מאוד. אורך החיים של כוכבים מאסיביים, שאותם חוקר פרופ' גל-ים – דיקן הפקולטה לפיסיקה במכון ויצמן למדע – נחשב לקצר יחסית: כמה מיליוני שנים לכל היותר. השמש, בהשוואה, צפויה לחיות כ-10 מיליארד שנה. בכוכבים מאסיביים, ההיתוך הגרעיני בליבה יוצר מצב שבו הכוכב מורכב משכבות – היסודות הכבדים מצויים בליבתו, ויסודות יותר ויותר קלים מקיפים אותם. כוכבי וולף-ראייה הם כוכבים מאסיביים ביותר שבהם חסרה אחת או יותר מהשכבות העליונות של היסודות הקלים, כך שבמקום מימן – היסוד הקל ביותר – יתאפיינו פני-השטח בהליום, פחמן או אפילו ביסוד כבד יותר. הסבר אפשרי לתופעה זאת הוא שרוח חזקה הנושבת ממעטפת הכוכב החוצה מפזרת לחלל את השכבה החיצונית ביותר, וכך מאבדים כוכבים אלה שכבה נוספת כל כמה מאות אלפי שנים. כאשר נצפים כוכבים ללא יסודות קלים בשכבתם החיצונית – זוהי תמונת סטילס שמתעדת רגע בתהליך ממושך. אך למרות אורך חייהם הקצר-יחסית, ועצם היותם בתהליך פירוק מתקדם, עד כה לא נצפתה סופרנובה שמקורה בכוכב וולף-ראייה.

ניתוח החתימה הספקטרלית של הקרינה שנפלטה מהתפוצצות הכוכב חשף נוכחות של ניאון – יסוד שלא נצפה בעבר באף סופרנובה

קצב הגידול המהיר בתצפיות סופרנובה הוביל לחיזוק ההשערה שמסיבות לא ידועות, כוכבי וולף-ראייה לא מתפוצצים – שכן, אם היו מתפוצצים, כבר היינו חוזים בפיצוץ מסוג זה. אבל באחרונה הצליחו חברי קבוצת המחקר של פרופ' גל-ים להפריך את ההשערה ולזהות, לראשונה, סופרנובה שמקורה בכוכב מסוג זה. ניתוח החתימה הספקטרלית של הפיצוץ – שממנה אפשר ללמוד על אורכי הגל של פליטת האור, ולשייכם ליסוד כזה או אחר – הראה כי הפיצוץ הכיל פחמן, חמצן וניאון – יסוד שלא נצפה בעבר בשום סופרנובה. מעבר לכך, זיהו המדענים שהחומר שממנו נפלטה הקרינה הקוסמית לא השתתף בעצמו בפיצוץ, אלא הגיע ממעטפת הכוכב – דבר המחזק את סברת הרוח החזקה.

מכיוון שמדובר בתצפית ראשונה, אומר פרופ' גל-ים שמוקדם לקבוע באופן חד-משמעי כי זה סופו של כל כוכב: "אנחנו לא יודעים לומר בשלב זה האם כל כוכבי וולף-ראייה מתפוצצים. ייתכן שחלקם כן קורסים לחור שחור", הוא אומר. "אנחנו מעריכים שהמאסה שהתפזרה מהפיצוץ הייתה דומה למאסת השמש או קטנה ממנה, בעוד הכוכב במקור היה הרבה יותר מאסיבי – לפחות פי 10 ממאסת השמש. אז לאן נעלמה מירב המאסה?" כדי להסביר זאת הוא מציע תרחיש ביניים, שבו מתקיימות, בעת ובעונה אחת, שתי האפשרויות: לאחר שמפסיקה להיווצר אנרגיה גרעינית בליבת הכוכב, מתרחש פיצוץ שמעיף חלק מהמאסה לחלל, ובו זמנית קורסת שאר המאסה לליבת הכוכב ויוצרת חור שחור. "מה שבטוח", אומר פרופ' גל-ים, "זאת לא הקריסה השקטה שעליה דיברו. ראוי לציין כי מאז גילוי ראשון זה, נצפה פיצוץ נוסף של כוכב וולף-ראייה – כלומר, לא מדובר באירוע חד-פעמי. ייתכן שככל שמשתפרים אמצעי המדידה והאיתור, לחזות בפיצוצים מסוג זה – שכעת נחשבים לאקזוטיים ונדירים – יהפוך להיות עניין שבשגרה".

פיצוצי סופרנובה עלולים להיתפס כאירועים רחוקים ועצומים, שאין להם השפעה ישירה על חיינו, אבל האמת היא שהם נמצאים בבסיס החיים עצמם. הפיצוצים מאפשרים ליסודות שנוצרו בליבת הכוכב להתפזר ברחבי הגלקסיה, ומהם נוצרים כוכבים חדשים. גם כדור-הארץ וכל מה שקיים בו – כולל אותנו – נוצרו בעקבות תהליך זה. "אנחנו חוקרים את מקור החומרים בטבע, ומחפשים הסברים לתופעות שאנחנו לוקחים כמובן מאליו", מסכם פרופ' גל-ים. "זה מה שמעניין אותי – מאיפה הגיע כל מה שסביבנו – ואני רוצה להבין את התהליך הזה כמה שיותר טוב".

לקבלת מידע נוסף, תמונות ולתיאום ראיונות:
משרד הדוברת - מכון ויצמן למדע
08-9343856 news@weizmann.ac.il