פיצוץ אדיר בחלל פתר תעלומה בת אלף שנה

מחקר חדש בהשתתפות חוקר מאוניברסיטת תל אביב גילה סופרנובה מסוג חדש - סופרנובת לכידת אלקטרונים (Electron Capture Supernova). סופרנובות מסוג זה נחזו באופן תיאורטי לפני כ-40 שנה, אך עד כה לא נצפה מקרה משכנע של אחת כזו ביקום. התגלית גם שופכת אור על תעלומת סופרנובה משנת 1054, שנצפתה על ידי אסטרונומים מהתקופה ושרידיה מופיעים כיום כערפילית העקרב.

פיצוצים  במרחק 31 מיליון שנות אור

מהי סופרנובה? זהו פיצוץ של כוכב, שמתרחש בעקבות הפרת האיזון שקיים בכוכבים במהלך חייהם בין שני כוחות מנוגדים. כוח המשיכה מנסה לכווץ כל כוכב. השמש שלנו, למשל, מחזיקה מעמד נגד כיווץ כזה בזכות קיומה של בעירה גרעינית בליבה שלה, אשר מייצרת לחץ שמתנגד לכוח המשיכה. כל עוד יש בעירה גרעינית, כוח המשיכה לא יצליח לגרום לכוכב לקרוס. אולם, בסופו של דבר, הבעירה הגרעינית מסתיימת, ממש כמו שהדלק ברכב אוזל, והכוכב קורס. עבור כוכבים כמו השמש, הליבה שקרסה נקראת ננס לבן, שהיא ליבה דחוסה שנותרת כאשר כוכב הכבד עד פי 8 מהשמש מסיים את חייו. החומר הוא כה דחוס, עד שכוחות קוונטיים בין האלקטרונים מונעים קריסה נוספת שלו.

סופרנובות לכידת אלקטרונים נוצרות מהפיצוצים של כוכבים הכבדים פי 8-9 מהשמש. עבור כוכבים כאלה, הכוחות הקוונטיים לא מספיקים לעצור את הדחיסה, והליבה ממשיכה לקרוס עד היווצרותם של כוכב נויטרונים או חור שחור, בתהליך שמלווה בליווי פיצוץ ענק.

במהלך העשורים האחרונים, אסטרופיזיקאים גיבשו תחזיות לאופן שבו אמור להראות פיצוץ שנוצר כתוצאה מלכידת אלקטרונים בליבת כוכב שקורס. הכוכב אמור לאבד חומר בעל הרכב כימי מסוים בשנים שלפני קריסתו, והפיצוץ עצמו אמור להיות חלש יחסית, לייצר מעט נשורת גרעינית, ולפזר יסודות עתירי נויטרונים.

במחקר חדש בהשתתפותו של ד"ר יאיר הרכבי מהפקולטה למדעים מדויקים ע"ש סאקלר, מוצגת הסופרנובה SN2018zd, שהתגלתה בשנת 2018 על ידי האסטרונום החובב קואיצ׳י איטאגאקי מיפן. לסופרנובה הזו, הממוקמת בגלקסיה NGC 2146, יש בדיוק את כל התכונות המצופות מסופרנובת לכידת אלקטרונים, אשר לא נצפו עד כה באף סופרנובה אחרת. כמו כן, מאחר שסופרנובה זו קרובה אלינו יחסית - רק כ-31 מיליון שנות אור מאיתנו - הצליחו החוקרים לזהות את הכוכב כפי שנראה לפני הפיצוץ, בתמונות ארכיון שצולמו ע״י טלסקופ החלל האבל. המחקר התפרסם בכתב העת היוקרתי Nature Astronomy.

כך תזהו סופרנובת לכידת אלקטרונים

בעוד סופרנובות אחרות שהתגלו בעבר הציגו רק חלק מהתכונות המצופות מסופרנובת לכידת אלקטרונים, SN2018zd מציגה את כל שש התכונות המתאימות:

• כוכב בתחום המסות המתאים בטרם הפיצוץ
• איבוד חומר לפני הפיצוץ
• הרכב כימי מיוחד
• פיצוץ חלש יחסית
• פיזור של נשורת גרעינית מועטה
• פיזור של יסודות עתירי נויטרונים

"בהתחלה תהינו מהי הסופרנובה המוזרה הזו", אומר דאיצ׳י היראמטסו מאוניברסיטת סנטה ברברה בקליפורניה, שהוביל את המחקר. ״לאט לאט הבנו שאפשר להסביר את כל התכונות של הסופרנובות באמצעות תרחיש לכידת האלקטרונים״.

שופכים אור על סופרנובת "ערפילית העקרב"

התגלית שופכת אור גם על אחת הסופרנובות המפורסמות ביותר מהעבר. בשנת 1054, התפוצץ כוכב בגלקסיה שלנו, גלקסיית שביל החלב. לפי רישומים סיניים מאותה התקופה, הפיצוץ היה כה בהיר עד כי נראה במשך היום, ובלילה הטיל צל. השאריות של אותה סופרנובה, הקרויות כיום "ערפילית העקרב", נחקרו לעומק ונמצאו כבעלות הרכב לא שגרתי. ההשערה הייתה כי אותה סופרנובה נבעה מלכידת אלקטרונים, אך מכיוון שהיא התרחשה לפני קרוב ל-1000 שנה, לא ניתן היה להוכיח זאת. כעת, עם הגילוי של SN2018zd, מתחזקת ההשערה שגם הסופרנובה של שנת 1054 אכן הייתה מסוג לכידת אלקטרונים.

"זה מדהים שבאמצעות כלים מודרניים אנחנו שופכים אור גם על אירועים היסטוריים ביקום", אומר ד"ר הרכבי. "כיום, עם טלסקופים רובוטיים שסורקים את השמים ביעילות חסרת תקדים, אנחנו יכולים לגלות עוד ועוד תופעות נדירות אך קריטיות להבנת חוקי הטבע, מבלי שנצטרך לחכות עוד 1000 שנה בין אירוע אחד לשני".

ד"ר הרכבי הוא חבר בפרויקט הסופרנובה העולמי ועושה שימוש ברשת הטלסקופים לאס קומברס, כדי לחקור תופעות משתנות ונדירות כמו סופרנובות, מיזוגי כוכבי נויטרונים, וקריעה של כוכבים על ידי חורים שחורים.

^{ד"ר יאיר הרכבי (צילום: ישראל הדרי)}