סופרנובה של פעם בחיים: מיפוי חסר תקדים של התפוצצות כוכב

סופרנובה – כוכב מתפוצץ – היא תופעה המסקרנת את האנושות כבר אלפי שנים, הרבה לפני המצאתו של הטלסקופ. אך בעוד אנו מבינים כיום כי פיצוצים אלה הבוערים בעוצמה של מאה מיליון שמשות הם המקור לאבני הבניין של החיים בעולמנו, התנאים הגורמים לכוכב להשמיד את עצמו עדיין אינם ברורים דיים. הסיבה המרכזית לכך היא שלא ניתן לחזות סופרנובה מראש, ולכן למדענים אין ברירה אלא לחקור אותה בדיעבד. מדעני מכון ויצמן למדע עשו באחרונה צעד משמעותי בדרך להבנה מעמיקה יותר של אותם כוכבים מתפוצצים, כאשר הצליחו "להגיע" לזירת הפיצוץ בעודו מתרחש, וכך למפות אותו בהצלחה ברמת פירוט חסרת תקדים. המיפוי שביצעו כלל נתונים לא רק ממהלך הפיצוץ אלא גם משנותיו האחרונות של הכוכב – הישג נדיר אשר עשוי לשפוך אור על התהליכים המובילים להתפוצצות כוכבים. הממצאים החדשים מתפרסמים היום בכתב-העת המדעי Nature.

סופרנובות נחשבו בעבר לתופעה נדירה: הסופרנובה האחרונה שנצפתה בגלקסיה שלנו התפוצצה לפני כארבע מאות שנה, ואפשר רק לדמיין את השפעתה על אבות אבותינו, שבפתאומיות וללא כל הסבר זיהו נצנוץ בוהק חדש בשמיים. חידושים באמצעים טלסקופיים מאפשרים לנו, כיום, לחזות בפיצוצים לא רק בגלקסיה שלנו אלא גם בגלקסיות מרוחקות, ולאסוף נתונים שעד לאחרונה כלל לא ניתן היה לדמיין. ובכל זאת – הבעיה המרכזית בחקר סופרנובות נותרה בעינה: אסטרופיסיקאים נאלצים לגלם ארכיאולוגיים חלליים המגיעים לזירת הפיצוץ לאחר מעשה ומקוששים שרידים מבין ההריסות. "זה חלק ממה שהופך את הסופרנובה שבה חזינו למיוחדת", אומר הדוקטורנט ארז צימרמן, מקבוצתו של פרופ' אבישי גל-ים במחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה. "זאת הפעם הראשונה שבה אנחנו צופים, בקרינה אולטרה-סגולה – שם נפלט רוב האור – בהתנגשות בין החומר שנפלט בסופרנובה לבין החומר שממנו הורכבה מעטפת הכוכב".

""כוכבים מתנהגים באופן בלתי-צפוי בסוף חייהם. המחקר הזה מהווה הזדמנות נדירה להבין טוב יותר את המנגנונים שמובילים לסוף חייו של כוכב ולהיווצרותו של דבר חדש לחלוטין"

מדעני המכון הם הראשונים להודות שהמזל האיר להם פנים: קבוצתו של פרופ' גל-ים הגישה בקשה לזמן מחקר על-גבי טלסקופ החלל האבל – אחד מטלסקופי החלל הגדולים והמשוכללים ביותר העומדים לרשות נאס"א, סוכנות החלל האמריקאית – בתקווה שאולי יזדמן להם לחזות בסופרנובה ולאסוף נתונים אודות הקרינה האולטרה-סגולה שתבקע מהפיצוץ ומהחומר שהתפזר סביבו. לשמחתם, הסתבר שהם זכו במושב בשורה הראשונה לסופרנובה הקרובה ביותר לכדור-הארץ זה עשורים: כוכב מסוג על-ענק אדום, שהתפוצץ בגלקסיית השבשבת (הקרויה גם "מסייה 101") השכנה לשביל החלב.

בעוד אלת המזל סיפקה את ההזדמנות ונאס"א את האמצעי – עדיין נדרשו המדענים לפעול בזריזות ועם הרבה תושייה כדי ללקט את הנתונים יקרי המציאות בזמן אמת. האינדיקציה לסופרנובה התקבלה בערב שבת, והמדענים ידעו שאם יחכו עד שני – תחילת השבוע בארצות-הברית – יאבד מידע יקר ערך. אם לא די בכך, כדי להעצים את הדרמה, ביום ראשון היה מועד חתונתו של צימרמן שהוביל את המחקר לצד הדוקטורנט עידו אירני, אף הוא מקבוצתו של פרופ' גל-ים. המדענים עמדו בהצלחה במירוץ נגד השעון, ביצעו מדידות טלסקופיות, מדדו וחישבו את המידע הנדרש ומסרו את הנתונים, תוך שעות ספורות, לעמיתיהם בנאס"א, מה שאפשר לטלסקופ החלל האבל – מכשיר רב עוצמה שמתנהל בדרך כלל בכבדות רבה – להסיט את מבטו אל הפיצוץ בעודו מתרחש. "נדיר בעבודה המדעית שיש מחקר שהוא כל-כך תלוי זמן", אומר פרופ' גל-ים. "רוב הפרויקטים המדעיים לא קורים בשישי בלילה, אבל ההזדמנות צצה, ולא הייתה לנו ברירה אלא להיענות לאתגר ולעמוד בו".

לא רק שהחוקרים הצליחו לספק את המדידות לנאס"א בזמן, וכך לאפשר להאבל לאסוף את הנתונים הנחוצים, עקב קרבתו היחסית למקום הפיצוץ, התברר שהאבל צפה בגלקסיה זו פעמים רבות בעבר. חברי הקבוצה, בשיתוף עם עמיתיהם בקבוצות מחקר אחרות, פנו לארכיון נאס"א ושלפו משם תצלומים של הכוכב לפני הפיצוץ – כאשר היה "סתם" על-ענק אדום על ערש דווי. כל אלה אפשרו למדענים ליצור את הדיוקן המפורט ביותר אי-פעם של סופרנובה, המשלב בין שנות חייו האחרונות ובין מותו.

ניתוח נתוני האור האולטרה-סגול שהתקבלו מהאבל, ואוששו בעזרת לוויינים נוספים, אפשר למדענים למדוד את כמות החומר שנפלטה מן הכוכב בפיצוץ. מהמדידה עלתה השערה יוצאת דופן: "כאשר אנחנו משווים את המאסה של הכוכב אחרי הפיצוץ, שאותה מדדנו מהפיצוץ עצמו, למאסה של הכוכב בתחילת חייו, נותרת שארית משמעותית", אומר אירני. "הפער מאפשר לקבוע, בסבירות גבוהה מאוד, שהסופרנובה השאירה אחריה חור שחור – שאליו ככל הנראה נבלעה שארית המאסה החסרה".

"כוכבים מתנהגים באופן בלתי-צפוי בסוף חייהם. הם נהיים בלתי-יציבים, ובדרך כלל אנחנו לא יכולים להיות בטוחים אילו תהליכים מורכבים התרחשו בליבתם, כי אנחנו מתחילים לחקור אותם רק לאחר המוות – כאשר רוב המידע כבר אבד", אומר פרופ' גל-ים. "בגלל קרבת הכוכב ואיכות הנתונים שנאספו, המחקר הזה מהווה הזדמנות נדירה להבין טוב יותר את המנגנונים שמובילים לסוף חייו של כוכב ולהיווצרותו של דבר חדש לחלוטין", מוסיף צימרמן.

מה יקרה לחומר שהרכיב את אותו על-ענק אדום לשעבר? ייתכן שלעולם לא נדע, אבל הסופרנובה המדוברת עדיין מצויה בשלביה האחרונים, ונתונים חדשים ממשיכים להיאסף, כך שייתכן כי, בסופו של דבר, מחקר זה – ומחקרים עתידיים – יסייעו לנו לענות על אחת השאלות המרכזיות אודות קיומנו: איך, בעצם, הגענו לכאן?