כוכב הענק נתפס במערומיו וחשף מקור להיווצרות סיליקון וגופרית

כוכבי ענק בנויים בשיטת הבצל – הם עשויים שכבות-שכבות כאשר הקליפות החיצוניות מורכבות בעיקרן מיסודות כימיים קלים, וככל שמעמיקים היסודות נהיים כבדים יותר ויותר עד לליבת ברזל במרכזם. זו לפחות התיאוריה המקובלת, אך בתצפיות על כוכבי ענק שהתפוצצו – תופעה המכונה סופרנובה – זוהו עד כה כמעט אך ורק סימנים ליסודות קלים. במחקר חדש, שיתפרסם מחר (21 באוגוסט) על שער כתב-העת המדעי Nature, צוות מדענים בינלאומי מאוניברסיטת נורת'ווסטרן וממכון ויצמן למדע זיהה סופרנובה מסוג חדש – עשירה ביסודות כבדים כמו סיליקון (צורן), גופרית וארגון. הממצאים מצביעים על כך שכוכב הענק איבד את שכבותיו החיצוניות "בעודו בחיים", ועם התפוצצותו הסופית סיפק הצצה נדירה למעמקיו ואישוש משמעותי לתיאוריית מבנה הבצל.

"לראשונה חזינו בכוכב חשוף עד לשד עצמותיו", אומר ד"ר סטיב שולצה, חבר לשעבר בקבוצתו של פרופ׳ אבישי גל-ים במכון ויצמן וכיום חוקר באוניברסיטת נורת'ווסטרן, אשר הוביל את המחקר. "הממצאים מלמדים אותנו כיצד כוכבי ענק בנויים וחושפים כי הם יכולים לאבד שכבות חומר רבות ועדיין לייצר פיצוץ רב עוצמה שניתן לחזות בו ולחקור אותו מכדור-הארץ".

סופרנובה על הספקטרום

על-אף ממדיו העצומים – פי 10 עד פי 100 מהשמש שלנו – כוכב ענק קורס בתוך חלקיק שנייה, ובאור הבהיר שנפלט בהתפוצצות ניתן לצפות בדרך כלל במשך כמה שבועות. את אורה המנצנץ של הסופרנובה הנוכחית אשר עונה לשם SN2021yfj, איתר ד"ר שולצה בספטמבר 2021 באמצעות Zwicky Transient Facility (ZTF) – טלסקופ הממוקם מזרחית לסן דייגו, קליפורניה, ומצויד במצלמה בעלת שדה רחב שסורקת את כל שמי הלילה הנראים. ד"ר שולצה הבחין בתמונות הטלסקופ בעצם זוהר במיוחד שהיה ממוקם בתוך ערפילית שבה נולדים כוכבים חדשים במרחק של כ‑2.2 מיליארד שנות אור מכדור הארץ. 

""כשהתבוננתי בנתונים ששלח לי ד"ר שולצה, היה לי ברור שאנו חוזים בדבר שאיש לא ראה מעולם"

על מנת ללמוד על העצם המסתורי, ניסה צוות המחקר לשים את ידיו על ספקטרום האור שנפלט ממנו. ניתוח הספקטרום מאפשר לחוקרים לדעת אילו יסודות כימיים נוכחים בפיצוץ, שכן כל גון אור בספקטרום אופייני לבערה של יסוד כימי אחר. ד"ר שולצה ושותפיו פעלו במהירות כדי לא להחמיץ את חלון ההזדמנויות, אך הניסיונות להשיג את הספקטרום עלו תחילה בתוהו – טלסקופים ברחבי העולם לא היו זמינים או שלא הצליחו לחדור את שכבת העננים כדי להשיג תמונה ברורה. לבסוף, קולגה מאוניברסיטת ברקלי בקליפורניה הצליח לספק את המידע המבוקש, והמדענים נדהמו לגלות שבמקום ההליום, הפחמן, החנקן והחמצן – שנמצאים בדרך כלל בסופרנובות חשופות – הספקטרום של SN2021yfj  היה רווי באותות חזקים של סיליקון, גופרית וארגון.

גם במקרים קודמים כוכבי ענק איבדו שכבות חיצוניות לפני הפיצוץ שסיים את חייהם. ואולם, תצפיות קודמות חשפו כוכבים שאיבדו את שכבת המימן שלהם – היסוד הקל ביותר בטבע וזה שממוקם בחלק החיצוני ביותר בכוכב; כאשר אותם כוכבים התפוצצו נחשפו שכבות של יסודות מעט כבדים יותר כמו הליום, פחמן וחמצן. הכוכב שבמרכז המחקר החדש SN2021yfj השיל שכבות חיצוניות רבות יותר מכל כוכב שנצפה קודם לכן, וכך סיפק הצצה לשכבות עמוקות מאי פעם ואפשר זיהוי של יסודות כבדים יותר.

"הכוכב איבד מבעוד מועד את מרבית החומר שהוא יצר לאורך חייו כך שלמעשה יכולנו לראות רק את החומר שנוצר בחודשים שקדמו לפיצוץ. משהו אלים מאוד כנראה התרחש כדי לגרום לכך", מסביר ד"ר שולצה. "חשיפת שכבה פנימית כל כך מאתגרת תיאוריות קיימות לגבי אובדן מסה והתקלפות שכבות בכוכבי ענק, ומצביעה על כך שזוהי סופרנובה יוצאת דופן שהתרחשה במנגנון לא מוכר", מוסיף ד"ר עופר ירון, מדען סגל בקבוצתו של פרופ' גל-ים ומוביל עולמי בתחום מאגרי מידע על סופרנובות.

המדענים בחנו כמה תרחישים אפשריים שהובילו לסופרנובה מסוג זה, ובהם אינטראקציה עם כוכב מלווה סמוך, התפרצות מסיבית של אנרגיה שהתרחשה לפני שהכוכב התפוצץ וסיים את חייו ואף משבים חזקים במיוחד של רוח כוכבית שגרמו להפשטתו מקליפותיו. עם זאת, ההסבר הסביר ביותר ככל הנראה, הוא שהכוכב "קרע את עצמו לגזרים". בשלהי חייו, הליבה שלו החלה לקרוס פנימה תחת כוח הכבידה שלו והפכה לחמה וצפופה באופן קיצוני. גלים של קריסה פנימה ותנאי קיצון, הציתו תהליכים עוצמתיים של היתוך גרעיני ופרצי אנרגיה שהדפו את השכבות החיצונית של הכוכב הרחק ממנו. כמו כן, המדענים מעריכים שהפיצוץ הבהיר במיוחד שנצפה בכדור-הארץ הוא למעשה תוצאה של התנגשות של אחת הקליפות שנהדפו החוצה מהכוכב בקליפה אחרת שנהדפה מוקדם יותר. בשלב זה מדובר בהערכות בלבד, והסיבה המדויקת לכך שכוכב ענק איבד את קליפותיו החיצוניות נותרה בגדר תעלומה.