נצפו לראשונה: התנגשות ומיזוג של שני כוכבי ניטרונים

צוות מחקר בין-לאומי הצליח באחרונה לצפות, לראשונה, בהתנגשות ומיזוג של שני כוכבי ניטרונים. מדענים רבים ממדינות שונות בעולם, ובהם מדעני מכון ויצמן למדע, הצליחו לנתח את נתוני ההתנגשות. המיזוג נתגלה בעת ובעונה אחת על-ידי שלושה גלאים אשר נבנו במיוחד למטרה זו: שניים בארה"ב, הקרויים "ליגו", ואחד, הקרוי "וירגו", הפועל באיטליה. התצפית תעמיק את ההבנה של אירועים מסוג זה, הנחשבים לאלימים ביותר ביקום. בין השאר, עשויה התצפית לסייע בהבנת הדרך שבה נוצרו אורניום, יוד, זהב ויסודות כבדים אחרים.

הגילוי של מיזוג כוכבי הניטרונים נצפה ב-17 באוגוסט, ולאחר השלמת ניתוח הנתונים, פירסמו המדענים את ממצאיהם בכתבי-העת המדעיים Astrophysical Journal, Nature, Science, ובכתבי-עת מובילים נוספים.  

לפני כשנתיים, חוללו כבר גלאי ה"ליגו" תגלית מרעישה אחרת: הם איפשרו למדענים לצפות לראשונה בגלי כבידה. גלים אלה, שאת קיומם ניבא אלברט אינשטיין, נוצרו בהתנגשות שני חורים שחורים ענקיים, ונדרשו להם יותר ממיליארד שנה כדי להגיע לכדור-הארץ. בעקבות תגלית זו, הוכרז בתחילת אוקטובר על הענקת פרס נובל בפיסיקה לשנת 2017 עבור "תרומה מכרעת לבניית גלאי ה'ליגו' ותצפית על גלי כבידה".

הממצאים שלנו מצביעים, בין היתר, על כך שכל אטום של יוד על-פני כדור-הארץ, כולל היוד שבו אנו משתמשים לחיטוי פצעים, הגיע בעבר הרחוק ממיזוג של כוכבי ניטרונים"

המיזוג בין שני כוכבי הניטרונים התרחש בעבר "קרוב" יחסית: לפני "רק" כמאה מיליון שנה. אך חשובה במיוחד היא העובדה כי מיזוג זה סיפק למדענים מידע רב יותר מאשר המיזוג בין החורים השחורים. "כאשר מתנגשים שני חורים שחורים, כל מה שאפשר לגלות, אלה גלי כבידה, כיוון שכל השאר נבלע פנימה", אומר פרופ' אבישי גל-ים מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה במכון ויצמן למדע. "לעומת זאת, כוכבי ניטרונים 'שוקלים' פחות מחורים שחורים. לכן, כאשר הם מתנגשים ומתמזגים, חלק מהקרינה והמאסה נפלט – ואז אפשר לגלות אותם, במקביל לגלי הכבידה".

גלי הכבידה מורגשים על-ידי הגלאי במשך שבריר שנייה בלבד, אך שאר הקרינה ממיזוג כוכבי הניטרונים מגיעה במשך ימים אחדים. קרינה זו הגיעה בתצורות מוכרות יותר, ובהן קרינת איקס ("רנטגן"), קרינת גאמה, וכן קרינה באורכי הגל אולטרה-סגול, אינפרה-אדום ואור הנראה לעין. "טלסקופים רבים הבחינו בקרינה זו, אשר הופיעה כנקודה חדשה בשמים, אך תחילה לא היינו בטוחים כי נקודה זו היא באמת מיזוג הכוכבים שגילו הגלאים "ליגו" ו"וירגו", אומר פרופ' ערן אופק, גם הוא מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה במכון ויצמן למדע.

חוקרים ברחבי העולם, כולל קבוצתו של פרופ' אופק, פיענחו את המידע על המיזוג והגיעו למסקנה כי הנקודה אכן הייתה "חתימתו האופטית" של מיזוג כוכבי הניטרונים אשר גילו הגלאים. פרופ' אופק ומדענים אחרים קבעו כי כמות החומר שנפלט הייתה שקולה, בערך, למאית מאסת השמש וכי החומר הזה טס בחלל במהירות של כרבע ממהירות האור. "זו הפעם הראשונה שכמות גדולה כל כך של חומר נצפתה בתנועה מהירה כל כך", אומר פרופ' אופק.

זו הפעם הראשונה שכמות גדולה כל כך של חומר נצפתה בתנועה מהירה כל כך"

פרופ' גל-ים ומדענים אחרים ניתחו את הקרינה, וממצאיהם סיפקו ראיות לכך שמיזוג הכוכבים הוביל להיווצרות יסודות כבדים. על היווצרותם של יסודות קלים ידוע רבות, אך מקור היסודות הכבדים היה עד עתה בגדר תעלומה. מכיוון שגרעינים של יסודות אלה מכילים ניטרונים רבים, הציעה תיאוריה אחת כי מקורם במיזוג כוכבי ניטרונים: כוכבים אלה דחוסים בניטרונים, והתנגשותם יכולה לגרום התנגשויות מהירות בין ניטרונים, דבר שעשוי להוביל להיווצרות יסודות כבדים. "התיאוריה הזאת קיימת לפחות 50 שנה, ורק כעת, סוף-סוף, אנחנו יכולים לחזק את הראיות שזה אכן מה שאירע", אומר פרופ' גל-ים. "כל יסוד בטבע קולט ופולט אור בחלק שונה של הספקטרום, וכך, באמצעות טכנולוגיה הקרויה ספקטרוסקופיה, יכולנו לקבוע אילו יסודות פלטו את הקרינה שנצפתה בעקבות מיזוג הכוכבים".

המדענים הצליחו לזהות יסודות כבדים נדירים יחסית, כגון טלור, אך גם שכיחים יותר, כגון צזיום ויוד. "הממצאים שלנו מצביעים, בין היתר, על כך שכל אטום של יוד על-פני כדור-הארץ, כולל היוד שבו אנו משתמשים לחיטוי פצעים, הגיע בעבר הרחוק ממיזוג של כוכבי ניטרונים", אומר פרופ' גל-ים. הוא מוסיף כי מקורותיהם של יסודות כבדים יותר כגון אורניום וזהב, עשויים גם הם להיות במיזוג כוכבי ניטרונים, אך מסיבות שאינן ברורות בינתיים, לא זוהו יסודות אלה במיזוג הנוכחי.

פרופ' אופק ופרופ' גל-ים הם חלק משיתופי פעולה מדעיים בין-לאומיים נרחבים שעסקו בפיענוח הנתונים ממיזוג כוכבי הניטרונים. תוצאות הניתוחים האלה עשויות להוביל, בהמשך, לתגליות נוספות על מקורותיהם של יסודות כבדים, ולספק תשובות לשאלות פתוחות אודות טבעה של הכבידה, והתפוצצויות שבהן "מתים" כוכבים.

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