fbpx

סופרנובה, קרני גמא וקוואזרים – על אנרגיות אדירות ביקום

סופרנובה, קרני גמא וקוואזרים – על אנרגיות אדירות ביקום

כתב: רן לוי

הפעם נבחן את אותן תופעות קוסמיות רבות עוצמה שלעומתן השמש שלנו היא לא יותר מאשר גפרור רפה. בפעם הבאה שאתם מרימים את הראש לשמיים, כדאי שתודו למזל שלנו שהציב אותנו בגלקסיה זקנה ומנומנמת.


פרק זה זמין גם כפודקאסט אודיו – ניתן לרכוש את הפודקאסט כאן.

הרשמה לפודקאסט: רשימת תפוצה במיילiTunes | אפליקציית 'עושים היסטוריה' לאנדרואיד | RSS Link | פייסבוק | טוויטר

פרץ קרני גמא

בשנת 1963 חתמו ארצות הברית וברית המועצות על הסכם לפיו אף אחת מהמדינות לא תבצע יותר ניסויים גרעיניים. הסכם חתום זה טוב ויפה, אבל במסגרת הפארנויה הכללית של המלחמה הקרה אף אחד לא האמין לאף אחד, והאמריקנים מיהרו לשגר לחלל לוויני ריגול שיעקבו אחר הפעילות הגרעינית של הסובייטים. החיישנים על הלווינים היו מכוונים לקלוט את הסימנים הבדוקים שמעידים על פיצוץ גרעיני, וביניהם גם קרני גמא. קרני גמא הם פוטונים בעלי אנרגיה גבוהה במיוחד- האנרגיה הגבוהה ביותר המוכרת עבור פוטונים בטבע. אורך הגל שלהם קצר מאוד, קטן יותר מרוחב של אטום, מה שאומר שהם מסוגלים לעבור דרך חומר בקלות רבה. זה גם מה שהופך את גלי הגמא למסוכנים כל כך: הם חודרים דרך העור, מרסקים את הד.נ.א. שבתאים וגורמים לגידולים סרטניים ועוד תופעות לא נעימות.

לוויני הריגול האמריקנים הוצבו במסלול גבוה מאוד, כמאה ועשרים אלף קילומטרים מעל האדמה. לשם השוואה, תחנת החלל הבינלאומית מרחפת מעלינו בגובה של כמה מאות קילומטרים בלבד. הגובה הרב היה דרוש כדי להמנע מהפרעות למכשירים הרגישים, וגם כדי לוודא שהסובייטים לא יתחכמו ויבצעו ניסויים גרעינים בצד האפל והנסתר של הירח.

בשנת 1967 נרשמה לפתע פעילות חריגה בחיישני הלווינים: פרץ חזק מאוד של קרני גמא. כמעט מיד היה ברור שלא מדובר בסימנים המעידים על פיצוץ גרעיני: הפרץ שנתגלה היה ארוך למדי, יותר משניה, בעוד שפולס של קרני גמא מפיצוץ גרעיני נמשך לא יותר מכמה אלפיות השניה. המדענים גירדו בראשם בתימהון, אבל לא היה להם מה לחקור הלאה: הפרץ היה קצר מדי ונעלם באותה הפתאומיות שבה הגיע. הגילוי הזה תויק באחת המגירות תחת הכותרת- 'נא לחקור בעתיד'. במהלך השנתיים הבאות נרשמו עוד כמה עשרות פרצי גמא כאלה. מעקב אחרי ביצוע הסכמים פוליטיים זה נחמד מאוד, אבל האסטרונומים של הצבא האמריקני התעניינו הרבה יותר בפרצי הגמא האלה. העניין כולו היה סודי ביותר בגלל המעורבות של לוויני ריגול, אבל הם המשיכו לבצע את המחקר שלהם במנותק משאר הקהילה המדעית. הם הצליחו להוכיח שהפרצים הללו מגיעים מכל כיוון בשמיים, ולא ממקורות נקודתיים כמו השמש או מרכז הגלאקסיה.

רק בשנת 1973 הוסר מעטה הסודיות מעל המחקר, ושאר האסטרונומים שמעו על תופעת פרצי קרני הגמא. התעלומה הפכה להיות שיחת היום בין האסטרונומים. היו מדענים ששיערו שמקור הקרניים נמצא בקצה מערכת השמש שלנו, ואחרים חשבו שהמקור חייב להיות במרחק של מיליארדי שנות אור מכדור הארץ. למעשה, היו יותר תאוריות לגבי פרצי הגמא- מאשר פרצי גמא שנתגלו בפועל! עצם העובדה שהניחושים נעו בין סקאלות כל כך שונות מעידה על רמת אי הוודאות שבה היה מדובר. גם המאפיינים של פרצי הגמא עצמן לא סייעו: כל פרץ כזה היה שונה מקודמו. היו כאלה שנמשכו אלפיות השניה בלבד, ואחרים נמתחו לאורך דקות. היו התפרצויות שהיו להן כמה שיאי עוצמה, 'פיקים' נפרדים של אנרגיה, ואחרות שהיה להן רק שיא בודד. גם המחקר עצמו היה קשה במיוחד: קרני גמא נחסמות באטמוספירה, כך שאי אפשר לצפות בהן בעזרת הטלסקופים הזמינים שעל הקרקע- חייבים לשגר לוויני תצפית מתוחכמים, דבר שמייקר ומסבך את המחקר.

במשך זמן רב היה קונצזנוס בין האסטרונומים שהמקור לפרצי הגמא נמצא לא רחוק מאיתנו, בתוך גלקסית שביל החלב. לא היו עדויות לכך, אבל דימיון מסוים לפרצי קרני רנטגן שבקעו מכוכבי ניוטרון קרובים שיכנע מדענים רבים שמדובר בתופעה דומה. לא כל המדענים החזיקו בדיעה זו: בוהדן פזינסקי הפולני, למשל, האמין שפרץ קרני הגמא חייב להגיע ממקורות רחוקים מאוד, על קצה היקום המוכר. מרטין ריס, אסטרונום בריטי ידוע שהאמין בתאורית המקורות הקרובים הציע לבוהדן התערבות מפתה: על כל דולר שבוהדן מסכים להמר, ריס ישלם לו מאה אם יתברר שמקור הפרצים הוא אכן רחוק מאוד. בוהדן החליט שלא להענות להתערבות.

פריצת הדרך ארעה בשנת 1997. בשמיים שייט לו הלוויין BeppoSAX, שהיה מצויד בגלאי גמא רגישים במיוחד. ברגע ש-BeppoSAX זיהה פרץ קרני גמא, הוא שלח לכדור הארץ בזריזות נתוני כיוון מדויקים מאוד שאיפשרו לאסטרונומים לכוון את הטלסקופים שלהם אל מקור הפרץ. הזריזות השתלמה: החוקרים הצליחו לאתר את הכיוון ממנו הגיעו קרני הגמא, כמו גם קרני רנטגן, קרינת רדיו ואפילו אור נראה: אלו היו שאריות הפיצוץ שהביא, כנראה, לפרץ קרינת הגמא. המידע החדש הוכיח מעבר לכל ספק שמקורם של פרצי הגמא חייב להיות רחוק מאוד, מיליארדי שנות אור מאיתנו. בודהן פספס התערבות מצוינת, ומרטין ריס אמר מאוחר יותר שגם הוא וגם האסטרונום הפולני טיפשים: הוא, ריס, טיפש שבכלל הציע את ההתערבות הזו- ובודהן טיפש שלא הסכים לקבל אותה.

ההבנה שפרצי הגמא מגיעים אלינו מקצה היקום המוכר נתנה למדענים רמז מסקרן לגבי טיבן האמיתי של התפרצויות אלה. רמז זה קשור לתופעה רבת עוצמה נוספת שמתרחשת אף היא בגבולותיו המרוחקים של היקום- והזמן.

קוואזר

בסיום מלחמת העולם השניה נותרו בידי המעצמות המון מערכות רדאר. במקום לזרוק את המערכות הללו לפח, האסטרונומים הצליחו להמיר חלק ניכר מהן לטלסקופים שקולטים קרינה בתדרי רדיו. עד מהרה גילו החוקרים שהיקום פעיל מאוד בתחום הרדיו- הרבה יותר פעיל, מסתבר, ממה שאפשר להבחין באור הנראה. בתחילת שנות החמישים נתגלו מספר מקורות נקודתיים אבל חזקים מאוד של קרינת גלי רדיו. הקרינה הזו הייתה קבועה ומתמשכת, בדומה לאור שפולטים הכוכבים. הגילוי הזה עורר המון שאלות אצל האסטרונומים: כוכבים, שגם הם מקורות נקודתיים של קרינה, לא פולטים בדרך כלל כמויות כה גדולות של קרינת רדיו. השם שניתן למקורות הרדיו האלה היה 'קוואזר'– Quasi Stellar Radio Source, מקור רדיו מעין-כוכבי.

מדידות נוספות שנערכו בשנות השישים מצאו שקווזארים פולטים גם קרינה בתדרים אחרים: אור נראה, קרינת רנטגן וקרינה אינפרה-אדומה. הגילוי הזה סיבך את החוקרים עוד יותר: כוכבים בדרך כלל לא פולטים את האנרגיה שלהם בטווח רחב כל כך של תדרים על פני הספקטרום. לכל כוכב יש סוג מסוים של קרינה שמתאים לו, בדרך כלל לפי הטמפרטורה של אותו כוכב. העובדה שקווזארים פולטים קרינה על טווח כל כך רחב של תדרים הייתה משונה מאוד- זה כאילו שאין להם טמפרטורה בכלל, או שהם נמצאים בכל הטמפרטורות בו זמנית.

בשנת 1963 התיישב אסטרונום בשם מרטין שמידט לכתוב מאמר מדעי אודות קווזאר חדש שנתגלה לא מכבר. הקווזאר הזה, שכינויו היה 3C 273 (שם קליט, חייבים להודות) היה בוהק במיוחד. כדי לוודא שהמאמר שלו יהיה מדויק, שמידט החליט לבדוק את ספקטרום הקרינה הנמדד של 273 פעם נוספת, רק ליתר ביטחון. הוא עשה את החישובים הנדרשים, אבל משום מה טעה בחישוב וקיבל תוצאה שגויה. שמידט היה קצת עצבני, והחליט לעזוב את החישוב הקודם ולנסות חישוב אחר לגמרי. החישוב החדש לקח בחשבון גם את מה שמכונה 'ההסחה לאדום': אצל כוכבים שמתרחקים מכדור הארץ במהירות רבה, הקרינה הנפלטת נראית כאילו היא נמוכה יותר מכפי שהיא באמת. אור בתדר נמוך הוא אור בצבע אדום, כך שהאור של כוכב המתרחק במהירות נראה לנו אדום יותר מכפי שהוא באמת. להפתעתו הרבה של שמידט, החישוב שלו הצביע על כך שקווזאר 273 מתרחק מאיתנו במהירות של כמעט חמישית ממהירות האור. עצמים כל כך מהירים קיימים אך ורק בקצוות היקום המוכר, דהיינו רחוק מאוד מאוד מכדור הארץ. כמו במקרה של פרץ קרני הגמא, גם כאן המשמעות הייתה שאם 273 זוהר בעוצמה מספיק חזקה כדי שנוכל לראות אותו מהקצה השני של היקום- הוא חייב לפלוט אנרגיה בכמות בלתי נתפסת, פי טריליון מהשמש שלנו. למעשה, לו היינו יכולים להתקרב אל 273, הוא היה נראה לנו בוהק בשמיים כמו השמש כבר במרחק של 33 שנות אור. לצורך השוואה, כדור הארץ נמצא במרחק של 8 דקות אור מהשמש. שמידט הנסער יצא מהחדר. במסדרון פגש עמית אקדמאי שלו, וסיפר לו אודות תגליתו הבלתי אפשרית. החבר שלף תצפיות אסטרונומיות של קווזאר אחר, 3C 48, והשניים ביצעו את אותו החישוב גם עליו. התוצאה הייתה אפילו דרמטית יותר: 48 מתרחק מאיתנו במהירות של 37 אחוזים ממהירות האור- משמע, הוא אפילו רחוק יותר מ-273.

שאר המדענים לא הסכימו לעכל את המידע הזה בקלות. זה לא שהם לא האמינו שקיימים עצמים כל כך רחוקים- זו כבר הייתה עובדה ידועה ומוכרת. הבעיה הייתה אחרת לגמרי. המנגנון היעיל ביותר להפקת אנרגיה שהיה מוכר להם היה היתוך גרעיני, שממיר 0.7 אחוזים מהחומר לאנרגיה טהורה. זה מספיק כדי להסביר את פליטת האנרגיה של כוכבים רגילים, אבל אפילו לא מתקרב להסביר את כמויות האנרגיה שפולטים קוואזרים- שכזכור פולטים את האנרגיה האדירה הזו לאורך זמן רב. זה אומר שישנו תהליך אנרגטי חדש ובלתי מוכר ביקום, יעיל יותר מהיתוך גרעיני, ואת זה כבר היה קשה להם לבלוע. היו מדענים שהציעו מנגנונים אלטרנטיביים לאנרגיה של הקווזארים: אולי חומר ואנטי-חומר שמתאחדים ונכחדים בהבזק אדיר של אנרגיה, או אולי קווזאר הוא מה שמכונה 'חור לבן': הקצה השני של חור שחור. אף אחת מהתאוריות הללו לא נראתה הגיונית במיוחד.

הייתה גם בעיה נוספת, לא פחות חמורה. חלק מהקווזארים הפגינו עוצמת הארה משתנה- לפעמים הם האירו חזק ולפעמים חלש יותר. השינויים הללו התרחשו בתוך פרק זמן קצר מאוד, לפעמים בתוך דקות. המשמעות הייתה שקווזאר לא יכול להיות גדול יותר מאשר מערכת השמש שלנו, למשל, כי אם היה גדול יותר הוא לא היה מסוגל להשתנות בכזו מהירות: הרי המידע על השינוי בעוצמת ההארה מקצה אחד של הקווזאר לקצה השני לא יכול לנוע מהר יותר ממהירות האור.

תיאוריית דיסקת הספיחה

הפתרון הגיע רק בשנות השבעים, עם פיתוחה של תאוריה חדשה לגמרי בשם 'תאוריית דיסקת הספיחה'. הקווזאר, על פי תאוריה זו, הוא חור שחור מאסיבי במיוחד- בעל מאסה גדולה פי כמה מיליונים ויותר מזו של השמש שלנו- אשר שוכן במרכזה של גלקאסיה. החור השחור מושך אליו ובולע לתוכו את כל הגזים שנמצאים בקרבתו. כשהגזים הללו מתקרבים אל החור השחור, הם מסתדרים בצורה של דיסקה שטוחה ומתחילים להסתחרר סביבו. החלקיקים נעים סביב החור השחור במהירות אדירה, כמעט במהירות האור, וההתנגשויות בינם לבין עצמם גורמות להם לפלוט אנרגיה. החישובים מראים שהתהליך הזה הרבה יותר יעיל ביצירת אנרגיה מאשר היתוך גרעיני: עד עשרה אחוזים מהחומר הופכים לאנרגיה טהורה. יעילות זו יכולה להסביר את פשר כמויות האנרגיה הבלתי נתפסות שפולטים קווזארים, שהם ללא עוררין העצמים הבהירים ביותר ביקום.

דיסקת הספיחה נתקבלה מאז כתאוריה יציבה ואמינה מאוד שמסבירה מגוון רחב של תופעות אסטרונומיות, כך שנראה שחידת הקווזארים נפתרה באופן מספק למדי. גם במרכז שביל החלב, הגלקסיה שלנו, ישנו חור שחור סופר מאסיבי. יכול להיות שגם הוא היה קווזאר בשלב מסוים, עד שהחור השחור הזה בלע את כל הגז שהיה בקרבתו ואז נדם- במילים אחרות, נגמר לו הדלק. זו הסיבה שקווזארים מתגלים רק בקצוות המרוחקים ביותר של היקום. לאור נדרשים מיליארדי שנים כדי להגיע אלינו מאותן גלקסיות מרוחקות, כך שלמעשה אנחנו צופים בארועים כפי שהתרחשו לפני זמן רב- קרוב מאוד, יחסית, למפץ הגדול והווצרות היקום. מאז כבר הספיקו החורים השחורים לבלוע את כל החומר בקרבתם. זו הסיבה שאנחנו לא מגלים קווזארים קרובים אלינו, בגלקסיות ותיקות ומנומנמות.

כוכבים סופר מאסיביים

גם פרצי קרני הגמא מגיעים אלינו ממרחק של מיליארדי שנות אור. על פי אותו העיקרון, גם הפוטונים הללו הם עתיקים מאוד, מימי ראשית הזמן. המידע הזה סיפר לחוקרים שניסו לפתור את חידת פרצי הגמא שמקורות אפשריים להבזקים הללו חייבים להיות מקורות שהיו נפוצים מאוד בימי ראשית הווצרות היקום- אבל נדירים יחסית בימינו. האסטרונומים מכירים גופים כאלה בדיוק- כוכבים סופר מאסיביים.

אנחנו יודעים שישנם כוכבים גדולים יותר מהשמש, אבל קשה למדוד את המאסות המדויקות שלהם. כוכבים גדולים מאוד, כאלה שמאסתם פי מאה ויותר מזו של השמש שלנו, הם נדירים למדי. כוכב גדול בדרך כלל בוער חזק יותר: תהליכי ההיתוך הגרעיני שמזינים את הכבשנים בבטן הכוכב מתרחשים בעוצמה גבוהה יותר, והכוכבים האלה מסיימים את חייהם בתוך מיליון עד עשרה מיליוני שנים בלבד- פעוטות בהשוואה לגילה המופלג של השמש שלנו, ארבעה וחצי מיליארדי שנים לפחות. כוכבים גדולים גם אפופים בדרך כלל בערפיליות גז שמפריעות לתצפיות אסטרונומיות. במקרים רבים נתגלה שלמעשה מה שנחשב ככוכב גדול מאוד, הוא בעצם שני כוכבים קטנים יותר שסובבים זה סביב זה בקרבה גדולה.

הכוכב הגדול ביותר שמוכר לנו, נכון להיום, הוא 'כוכב האקדח' (Pistol Star) שקיבל את שמו מצורתם של ערפילי הגז שמקיפים אותו. כוכב האקדח נמצא במרחק של עשרים וחמש אלף שנות אור מכדור הארץ, קרוב מאוד למרכז הגלאקסיה. מאסתו גדולה פי מאתיים מזו של השמש, ולפי ההערכות הוא פולט במשך עשרים שניות יותר אנרגיה משהשמש שלנו פולטת בשנה שלמה. אבל לעוצמה האדירה הזו יש מחיר- והמחיר הוא יציבות. יש גבול ברור לגודלם של הכוכבים: כוכב שמאסתו גדולה פי 120 מזו של השמש לא יכול להיות יציב. גבול זה מכונה 'גבול אדינגטון'. האנרגיה שהכוכב מייצר בתוכו דוחפת את החומר החוצה, מנפחת את הכוכב כמו בלון. בכוכבים קטנים יותר כוח המשיכה של החומר חזק מספיק כדי להתנגד להתפשטות ולשמור על הכוכב שלם: זהו משחק הורדת ידיים בקנה מידה קוסמי. אבל בכוכבים גדולים כמו כוכב האקדח, לכוח המשיכה אין סיכוי. האנרגיה מבפנים תקרע את הכוכב לגזרים, או שתגרום לו להקיא את החומר העודף שלו בחלקים. זה מה שמתרחש, ככל הנראה, בכוכב האקדח: לפני כארבעת אלפים שנה הוא פלט כמות חומר שוות ערך לעשר שמשות. כוכב האקדח יסיים את חייו בעוד כמיליון שנה, ככל הנראה- והסיום, ממש כמו חייו הקצרים, יהיה עוצר נשימה.

סופרנובה

הדלק שמזין את כוכבי השבת הוא, כאמור, היתוך גרעיני. ההיתוך הוא תהליך שבו אטומי מימן מתמזגים והופכים לאטומי הליום, ותוך כדי כך פולטים כמויות אדירות של אנרגיה. אנרגיה זו מונעת מהכוכב לקרוס תחת משקלו שלו. אבל לכל כוכב יש כמות סופית של מימן, וכעבור מיליוני או מיליארדי שנים- הוא נגמר. כמות האנרגיה שמפיק הכוכב קטנה, ולפתע כוח המשיכה מתחיל לנצח במשחק הורדת הידיים: הוא גורם לכוכב להתכווץ לתוך עצמו. ההתכווצות הזו יוצרת לחץ אדיר בליבת הכוכב, והלחץ מתניע את ההיתוך הגרעיני מחדש- אולם הפעם, אטומי ההליום הם אלה שמתמזגים זה עם זה ליצירת אטומי פחמן. ההיתוך של אטומי הליום הוא הרבה פחות יעיל מהיתוך אטומי מימן, וכמות האנרגיה הנפלטת קטנה יותר. כתוצאה מכך, אספקת ההליום הזמין להיתוך נגמרת מהר מאוד: כשבעים אלף שנים בלבד, בדרך כלל.

כוכבים קטנים, כמו השמש שלנו, מגיעים עד לשלב זה- ונעצרים. מכאן ואילך הם דועכים וכבים כמו גחל, וכל מה שנשאר מהם הוא 'גמד לבן'- כוכב קטן וקריר. אבל אצל כוכבים גדולים יותר, החל מפי אחד וחצי לערך ממאסת השמש, הרכבת כבר לא עוצרת בתחנה. כשדועכת האנרגיה המופקת מהיתוך ההליום, כוח המשיכה דוחס את הכוכב עוד יותר- וכעת מתחילים אטומי הפחמן להתמזג זה עם זה ליצירת אטומי חמצן. הטריק הזה מחזיק מעמד רק 600 שנה, ואז מגיעה הפעימה הבאה: התכווצות, לחץ אדיר ומרסק, ואטומי החמצן מותכים ליצירת סיליקון. בשלב זה הכוכב נראה מבפנים כמו בצל: שכבות שכבות של חומרים שונים, החל ממימן והליום במרכז ועד חמצן וסיליקון במעטפת.

הפעימה הבאה מגיעה במהירות מסחררת- אחרי שישה חודשים בלבד, החמצן אוזל והסיליקון מחליף אותו. היתוך אטומי סיליקון יוצר ברזל. הברזל שונה מכל האטומים שקדמו לו: הוא כבר לא יכול לעבור היתוך בתנאים האלה, והמשמעות היא שרכבת חייו של הכוכב דוהרת במלוא הקיטור לעבר קיר בטון. כעבור חצי שנה בלבד כשכל הסיליקון הפנוי מומר לברזל, לא נותר יותר חומר בכוכב שמסוגל לעבור היתוך גרעיני. לכוכב נותרה שניה אחת אחרונה של חיים.

בתנופת ניצחון אדירה כוח המשיכה דוחס את כל החומר לשבריר הנפח של הכוכב המקורי. הדחיסה האדירה הזו מתגברת על הדחייה הטבעית בין האלקטרונים והפרוטונים שבתוך האטומים, והם מתמזגים ליצירת ניוטרונים. בתהליך הזה נוצרים חלקיקים זעירים המכונים 'ניוטרינו'. הניוטרינו מתעופפים החוצה מליבת הכוכב ולוקחים איתם חלק מהאנרגיה המועטה שעוד נותרה לו. הכוכב מתכווץ שוב, אבל זו תהיה הפעימה האחרונה. גרעיני האטומים נדחסים זה לזה והטמפרטורה בליבה מגיעה למאה מיליארד מעלות. כאן כבר מתחילים להשפיע כוחות תת-אטומיים שעד כה לא באו לידי ביטוי. הכוח הגרעיני החזק הוא הכוח שבדרך כלל מחזיק את הפרוטונים והניוטרונים בגרעין האטום יחד. בדרך כלל אין לכוח התת-אטומי הזה השפעה בקנה מידה של כוכב שלם- אבל כל זה עומד להשתנות. הכוח הגרעיני החזק נכנס למשחק. ההתכווצות האימתנית שגורם כוח המשיכה מצליחה, לשבריר של שניה, להתגבר על הכוח הגרעיני החזק- ואז, כמו קפיץ, הכוח האדיר הזה מתנגד לדחיסה ודוחף את כל החומר בחזרה החוצה. הריבאונד מתפשט בתוך הכוכב כמו גל הלם, מחוזק על ידי הניוטרינו שנפלטים מליבת הכוכב. גל ההלם עובר דרך השכבות הפנימיות, מרסק את האטומים ומתיך אותם בבת אחת לאטומים כבדים יותר מברזל- זה המקום היחיד ביקום שיסודות כבדים יותר מברזל מסוגלים להיווצר בו. כשגל ההלם מגיע אל פני השטח, הכוכב כולו מתפוצץ בעוצמה ששווה לכמות האנרגיה שפולטות גלקסיות שלמות.

האסטרונומים הקדמונים הביטו למעלה וראו, להפתעם, כוכב חדש ובוהק מפציע בשמיים. הכוכבים החדשים הלל קיבלו את השם 'נובה'- מלטינית 'חדש'- ומאוחר יותר את הכינוי 'סופרנובה', כשהתבררה העוצמה האמיתית של האירוע. הסופרנובה סייעה למוטט את תמונת העולם של אריסטו ששלטה ללא עוררין במשך אלפי שנים על המחשבה המדעית. אריסטו האמין שהשמיים מושלמים, קבועים ובלתי משתנים. הופעתו של כוכב חדש היא, ללא ספק, הפרה מוחלטת של תאוריה זו.

למען השלמות כדאי לציין שישנו סוג נוסף של סופרנובה. סוג זה מתרחש כשלגמד לבן- הגחל שהותיר אחריו כוכב קטן- מסופח חומר חדש, למשל כתוצאה מהתקרבות מסוכנת לכוכב אחר. מאסתו של הגמד הלבן גדלה וגדלה ככל שהוא סופח אליו חומר, ולבסוף הוא חוצה את הגבול של פעם וחצי מאסת השמש. כוח המשיכה מתגבר על האנרגיה המועטה של הגמד הלבן ללא קושי, דוחס אותו ומפוצץ אותו בסופר נובה.

כוכב ניוטרון והיפרנובה

כשמתפוגגים הדי הפיצוץ, אנחנו מגלים את מה שנשאר אחרי הסופרנובה. אם המאסה של הכוכב ההתחלתי הייתה גדולה פי עשרה לערך מזו של השמש, ליבת הכוכב הופכת לכוכב שעשוי כולו מניוטרונים- ולכן הוא מכונה 'כוכב ניוטרון'. כוכב ניוטרון הוא יצור מוזר ביותר: זהו כדור דחוס בקוטר של כעשרה קילומטרים- בסדר גודל של עיר ממוצעת, נאמר- שמאסתו גדולה פי כמה מזו של השמש, והוא מסתובב סביב צירו אלפי עד מיליוני פעמים בשניה. אם מאסתו של הכוכב לפני הפיצוץ הייתה גדולה פי שלושים מזו של השמש, הוא הופך למשהו משונה אפילו יותר: חור שחור. לא נרחיב על חורים שחורים בפרק הזה, אבל אציין רק שהחומר בחור שחור כה דחוס, עד שחוקי הפיסיקה המקובלים פשוט לא חלים עליו יותר. נכון להיום, אנחנו לא יכולים אפילו לנחש מה מתרחש בתוך חור שחור.

אבל אפילו הסופרנובה, על כל עוצמתה, אינה הפיצוץ הגדול ביותר ביקום. פה ושם גילו האסטרונומים סופרנובות גדולות יותר, חזקות פי מאה ויותר מסופרנובות רגילות. הם כינו אותן- 'היפרנובות'. מעט מאוד ידוע אודות היפרנובות, והניחושים רבים יותר מהעובדות. התאוריה המובילה ביותר כיום גורסת שהיפרנובה מתרחשת כשכוכב גדול, פי חמישים ויותר ממאסת השמש, מסיים את חייו. במקרה כזה כוח המשיכה חזק מספיק כדי שליבת הכוכב קורסת בבת אחת היישר למצב של חור שחור, ללא כל התהליך ההדרגתי שתיארתי קודם בסופרנובות רגילות. התהליך הזה מהיר בצורה פנטסטית: על פי ההערכות, החומר שנשאב אל תוך הליבה הוא לשניות ספורות החומר המהיר ביותר ביקום, ונע במהירות שהיא רק שברירי אחוז מתחת למהירות האור. שאר הכוכב, מחוץ לליבה, בכלל לא מודע לכך שכל החלק הפנימי שלו נעלם והפך לחור שחור. הפעם הראשונה שהוא מגלה את זה היא כשגל ההלם האדיר מתנפץ עליו מבפנים וקורע את הכוכב לגזרים בהיפרנובה.

המפץ הגדול 2

על פניו, אפילו היפרנובה אלימה במיוחד אינה חזקה מספיק כדי להסביר את פרצי הגמא. אם מקורם של פרצי הגמא הוא כה מרוחק, והקרניים עדיין חזקות מספיק כדי להיקלט בברור בחיישנים שלנו- הרי שמדובר באירוע בעל עוצמה בלתי נתפסת: פיצוץ שמגמד כל סופרנובה או היפרנובה אפשרית. למעשה, אחד מפרצי קרני הגמא שנמדדו היה כה חזק, עד שהמדענים שגילו אותו כינו אותו 'המפץ הגדול 2', כאילו שהיקום הוא בסך הכל עוד סרט של צ'אק נוריס.

אבל ישנו פתרון אפשרי לחידת פרצי הגמא- אם רק מניחים לרגע שעוצמת פיצוץ ההיפרנובה אינה זהה בכל הכיוונים. כמויות האנרגיה האדירות שאנחנו מגלים אפשריות, אם כל האנרגיה של הפיצוץ מתועלת לשתי קרניים צרות שבוקעות מאזור הקטבים של הכוכב המתפוצץ. דמיינו לעצמכם לחמניה עם ריבה שמועכים אותה מהאמצע, ושני שפריצים של ריבה בוקעים משני הקצוות של הלחמנייה- השפריצים המדוברים יהיו פרץ קרני הגמא. במקרה הזה, האנרגיה של הפיצוץ יכולה להיות הרבה יותר נמוכה ועדיין אנחנו נקלוט אותה כאן- אבל אם, ורק אם, אנחנו נמצאים במקרה ממש בדרכן של הקרניים הללו. אם הם מפספספות אותנו ולו במעט- אנחנו לא נקלוט שום דבר.

ההסבר הזה הוא, כנראה, ההסבר האמיתי. מודלים תיאורטיים מצביעים על כך שזוג קרני האנרגיה שנפלטים בזמן פיצוץ היפרנובה, אותה סופרנובה ענקית שאותה תיארתי קודם, הוא פרץ המקור לפרץ קרני הגמא. ועדיין, התאוריה הזו אינה מושלמת. היא עשויה להסביר פרץ קרני גמא ארוך שנמשך שתי שניות ומעלה- אבל לא פרצים קצרים יותר: המכניזם שמאחורי הפרצים הקצרים הוא כנראה שונה לחלוטין, כך שמדובר בשתי תופעות פיזיקליות נפרדות לגמרי. אחת מההשערות לגבי מקורן של התפרצויות גמא קצרות הוא שמדובר בשני כוכבי ניוטרון שמתנגשים זה בזה, והופכים בבת אחת לחור שחור. חלק מהאנרגיה שנוצרת נפלטת כפרץ קצר ורב עוצמה של קרני גמא.

הנקודה האחרונה הזו מביאה אותי למחשבה מעניינת. אנחנו מסתכלים על כל התופעות הללו- סופרנובות, היפרנובות, פרצי גמא- ומרגישים כל כך זעירים וגמדיים ביחס לעוצמות האדירות של האירועים הללו. זה גורם לנו ליראת כבוד, להבנה של מקומנו האמיתי ביקום. אבל מה היה קורה לו כדור הארץ היה נמצא בקרבתו של קוואזר או כוכב סופר-מאסיבי, רחוק מספיק כדי שלא ניצלה בחום העז, אבל קרוב מספיק כדי שהאסטרונומים יוכלו להציץ עליו. האסטרונומים של כדור הארץ ההיפותטי, זה שקרוב לקווזאר, היו מקבלים קנה מידה אחר לגמרי. ביחס לקווזאר שהם מכירים בחיי היום יום שלהם, כל שאר התופעות פשוט מתגמדות. הם היו מביטים על שאר היקום, ומתאכזבים לגלות שאין שם שום דבר מסעיר. הכל קטן, שגרתי, אולי אפילו משעמם. יש לנו מזל, לא?


לרכישת הפרק •  הרשמה לעדכונים בדוא"ל על פרקים חדשים


קרא עוד בנושאים דומים:

אודות:

ספריו של רן:

1 Response

  1. בני זוארץ הגיב:

    הכל בלופים וסיפורי סבתה

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.