t
-
צילום: NASA/ESA Hubble Space Telescope

תגלית מפוצצת: במכון ויצמן זיהו סוג חדש של סופרנובה

צוות החוקרים זיהה פיצוץ בכוכב מסוג וולף-ראייה, שעד היום המדע חשב שלא מתפוצץ. איך כוכב מתפוצץ, מתי נוצר חור שחור ומה אפשר ללמוד מהתגלית החדשה?
איתי שיקמן
12 בינואר 2022
18:02

בעבר הלא רחוק איתור סופרנובה - כוכב מתפוצץ - נחשב למחזה נדיר. כיום, שיפורים באמצעי המדידה והניתוח מאפשרים לחזות בכ-50 פיצוצים כאלה מדי יום. אז אולי לחזות בסופרנובה היום הפך למרגש פחות, מצד שני, הסיכוי לחזות בסוגים נדירים יותר של פיצוצים – שעד כה נחשבו תיאורטיים בלבד – גדל. לאחרונה זיהה צוות חוקרים במכון ויצמן, שבראשו עומד פרופסור אבישי גל-ים, סופר נובה מסוג שלא נצפה עד כה. הממצאים שלהם מתפרסמים היום (חמישי) בכתב-העת המדעי "Nature".

נחזור להתחלה - איך כוכב מתפוצץ? 

בליבה של כל כוכב מתרחש, בכל רגע נתון, תהליך של היתוך גרעיני: יסודות קלים מתמזגים והופכים לאט לאט 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 – שפועל בצורה הפוכה, לדחוק 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 לחלל. 

התהליך הזה הוא ארוך מאוד. אורך החיים של כוכבים מאסיביים, שאותם חוקר הצוות ממכון ויצמן, 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 בליבה, ויסודות יותר ויותר קלים מקיפים אותה.

וכאן נכנס שחקן חדש - כוכבי וולף-ראייה. מדובר בכוכבים מאסיביים מאוד, שחסרה בהם 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 שנושבת ממעטפת הכוכב החוצה מפזרת לחלל את השכבה החיצונית ביותר, וכך מאבדים כוכבים אלה שכבה נוספת כל כמה מאות אלפי שנים. למרות אורך חייהם הקצר-יחסית של הכוכבים, ועצם היותם בתהליך פירוק מתקדם, עד כה לא נצפתה סופרנובה שמקורה בכוכב וולף-ראייה.

 כוכב וולף-ראייה והערפילית שעוטפת אותו כפי שנקלטו בעדשת טלסקופ החלל האבל של נאס"א ושל סוכנות החלל האירופית.

פיצוץ שעוד לא ראינו

כאמור, בשנים האחרונות מספר התצפיות בסופרנובות גדל במהירות. הדבר הוביל לחיזוק ההשערה שמסיבות לא ידועות, כוכבי וולף-ראייה לא מתפוצצים – כי אם הם היו מתפוצצים, כבר היינו חוזים בפיצוץ מהסוג הזה. אבל לאחרונה הצליחו במכון ויצמן לזהות 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.

מכיוון שמדובר בתצפית ראשונה, עוד מוקדם לקבוע באופן חד משמעי שכל כוכבי וולף-ראייה מתפוצצים, וייתכן שחלקם כן קורסים לחור שחור. פרופסור גל-ים סיפר עוד על הפיצוץ המיוחד: "אנחנו מעריכים שהמאסה שהתפזרה מהפיצוץ הייתה דומה למאסת השמש או קטנה ממנה, בעוד הכוכב במקור היה הרבה יותר מאסיבי – לפחות פי 10 ממאסת השמש".

 צוות המחקר הישראלי מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה במכון ויצמן

אז לאן נעלמה מירב המאסה של הכוכב שהתפוצץ? פרופסור גל-ים מציע תרחיש ביניים, שבו מתקיימות בו זמנית 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 פרופסור גל-ים, "זאת לא הקריסה השקטה שעליה דיברו".

מאז הגילוי של החוקרים ממכון ויצמן, נצפה פיצוץ נוסף של כוכב וולף-ראייה – כלומר, לא מדובר באירוע חד-פעמי. וככל שישתפרו אמצעי המדידה והאיתור, ייתכן שנחזה בעוד פיצוצים מהסוג הזה, שכרגע נחשבים נדירים. 

פיצוצי סופרנובה עלולים להיתפס כאירועים רחוקים ועצומים, שאין להם השפעה ישירה על חיינו, אבל האמת היא שהם נמצאים בבסיס החיים. הפיצוצים מאפשרים ליסודות שנוצרו בליבת הכוכב להתפזר ברחבי הגלקסיה, ומהם נוצרים כוכבים חדשים. גם כדור הארץ וכל מה שקיים בו, כולל אותנו, נוצר בעקבות תהליך זה.