מחקרים

RESEARCH

מה מעניין אותך?

כל הנושאים
אמנויות
מוח
הנדסה וטכנולוגיה
חברה
מדעים מדויקים
ניהול ומשפט
סביבה
רוח
רפואה ומדעי החיים

מחקר

17.11.2021
הכוכבים הקניבלים

פיצוץ ענק בחלל שפך אור על תעלומה אסטרונומית

 

  • מדעים מדויקים

מחקר בינלאומי חדש בהשתתפות חוקרים מאוניברסיטת תל אביב והאוניברסיטה העברית אישש לראשונה את קיומה של  תופעת ה"קניבליזם הקוסמי הכפול" – תופעה נדירה שבה כוכב בולע עצם דחוס כגון חור שחור או כוכב נויטרונים, והעצם בתורו "זולל" את ליבת הכוכב. סופו של התהליך ההרסני בפיצוץ אדיר שבמרכזו נשאר ככל הנראה חור שחור. המחקר נערך בהשתתפותם של האסטרופיזיקאים הישראלים פרופ' אהוד נקר מבית הספר לפיזיקה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, וד"ר אסף חרש ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית, כשלצדם מדענים מארצות הברית, יפן וקנדה.

 

פיצוץ כוכב במהירות של כ-5 מיליון קילומטר בשעה

ההוכחות התצפיתיות לקיומה של התופעה הגיעו משילוב של מידע ממספר טלסקופים. הראשון הוא "המערך הגדול מאוד" (Very Large Array), שהוא מצפה של טלסקופי רדיו הממוקם בניו מקסיקו. במהלך סריקות שבוצעו במצפה בקיץ 2017 הופיע אות רדיו חזק מאוד שנוצר בעקבות פיצוץ כוכב, או סופרנובה, המרוחק כ-500 מיליון שנות אור מכדור הארץ. "חשבנו שמדובר בפיצוץ מעניין אבל לא ידענו שזוהי רק ההתחלה של תעלומה רחבת היקף", אומר פרופ' נקר, ששימש התאורטיקן הראשי של המחקר. "המידע שהעמיתים שלנו ליקטו ממקורות תצפיתיים שונים, שכל אחד מהם מתבסס על תחום ספקטרלי אחר, עזר לנו לגבש את הבסיס התאורטי להבנת התופעה המרתקת הזאת".

 

צוות החוקרים ניתח את הנתונים וביצע תצפיות נוספות ב-VLA וכן בטלסקופ במצפה Keck שבהוואי, המבוסס על אור נראה. הטלסקופ במצפה Keck קלט שטף אור שהעיד על התנגשות בין חומר שהועף עקב פיצוץ הכוכב במהירות עצומה של כ-5 מיליון קילומטר בשעה (כחצי אחוז ממהירות האור), לחומר איטי הרבה יותר שנזרק מהמעטפת החיצונית של הכוכב כ-1000-100 שנה לפני הפיצוץ. ממהירות החומר שהועף בפיצוץ והמרחק ממרכז הפיצוץ למקום ההתנגשות הסיקו החוקרים שהפיצוץ אירע בערך ב-2014.

 

בהתאם לכך, בחיפוש בתצפיות עבר על האזור בשמים בו אירע הפיצוץ, איתר הצוות במידע שנשמר בטלסקופ MAXI היפני המוצב בתחנת החלל הבינלאומית, התפרצות קרני רנטגן חזקה ביותר שהתרחשה ב 2014. מההתאמה במקום ובזמן לפיצוץ שהתגלה בקרינת הרדיו הסיקו החוקרים שבסבירות גבוהה מאוד קרינת הרנטגן נפלטה במהלך פיצוץ הכוכב. ניתוח של קרינה זו העלה שמקורה חייב להיות סילון יחסותי (הנע במהירות הקרובה מאוד למהירות האור) של אנרגיה וחומר. המחקר פורסם לאחרונה בעיתון המדעי היוקרתי "Science".

 

נבלע בעודו בחיים

מאיסוף חלקי הפאזל יחדיו, החלה להצטייר התמונה הבאה: לפני זמן רב, זוג כוכבים נולדו כאשר הם מקיפים זה את זה במסלוליהם (זו תופעה נפוצה מאוד ביקום). הכוכב הכבד יותר מת ראשון בסופרנובה שאירעה לפני זמן רב מאוד והסתיימה ביצירתו של עצם דחוס מאוד – כוכב נויטרונים או חור שחור. לאחר מכן הכוכב הנותר התנפח, כפי שקורה לכל הכוכבים בערוב ימיהם ו"בלע" את הכוכב המת אל בין השכבות החיצוניות שלו כך שנוצרה "מעטפת משותפת" (Common Envelope).

 

כך, העצם הדחוס הקיף את ליבת הכוכב החי בעודו נע דרך המעטפת החיצונית שלו. לאינטראקציה בין הכוכב הדחוס למעטפת היו שתי תוצאות, הראשונה היא שהמעטפת נזרקה לחלל המקיף את שני הכוכבים והשנייה שהכוכב המת שקע עמוק יותר ויותר לעבר הליבה של הכוכב החי עד שלבסוף שקע למרכזה. בשלב זה החל העצם הקומפקטי לבלוע לתוכו חומר מליבת הכוכב החי. 

 

פרופ' נקר, שחוקר בין השאר סילונים יחסותיים מוסיף: "נדיר מאוד שכוכבים שמתפוצצים יוצרים סילוני אנרגיה במהלך הפיצוץ. אולם, אם חור שחור (או כוכב ניוטרונים), מוצא את דרכו לליבת כוכב חי - כוחות כבידה ואינטראקציות מגנטיות מורכבות, שמקורן בתהליך ה'זלילה', צפויים לשחרר סילוני אנרגיה אדירים ובמקביל לגרום לפיצוץ של הכוכב החי כסופרנובה. ככל הנראה זה מה שאירע במקרה הזה כאשר הסילונים פלטו את קרני הרנטגן שנצפו ב-2014 והתרסקותו של החומר, שהועף במהלך הפיצוץ במהירות שיא על המעטפת שנזרקה בשלב השקיעה של הכוכב המת לעבר ליבת הכוכב החי, הביא להיווצרותם של אות הרדיו שנצפה ב-2017 ב-VLA וכן של השטף הזוהר שנצפה במצפה Keck. התאמתם של הממצאים התצפיתיים לתאוריה זו, הביאה לפתרון התעלומה".

 

"ההשערה התאורטית שדברים כאלה קורים ככל הנראה במקום כלשהו ביקום הועלתה כבר לפני כעשור", מציין פרופ' נקר ומוסיף כי "בכל מקרה, זו הפעם הראשונה שיש לפנינו מראה עיניים. זו, כך נראה, תופעה אמיתית ומוחשית, על אף נדירותה. ההסבר התאורטי שנתנו עשוי להוות פתח להסבר של תופעות אחרות באסטרופיזיקה הקשורות בסופרנובות ובחורים שחורים". ד"ר אסף חרש מהאוניברסיטה העברית, אשר לקח חלק בניתוח תצפיות הרדיו, סיכם: "בשנים האחרונות, אנחנו מגלים עוד ועוד תופעות חדשות באמצעות פרוייקטים חדשניים בתחום אסטרונומיית הרדיו. אני צופה שטלסקופי רדיו יחשפו בשנים הקרובות עוד תופעות מרתקות, כמו זו האחרונה, הקשורות במוות של כוכבים, כוכבי ניטרונים וחורים שחורים״.

מחקר

06.10.2021
סודות של ציפורים, בינה מלאכותית, חקלאות ירוקה ושלום במזרח התיכון

מעקב אחר מאות ציפורים באמצעות GPS שופך אור על תהליכים טבעיים ומאפשר התערבות חכמה לטובת האקולוגיה

 

  • מדעים מדויקים
  • רפואה ומדעי החיים

ציפורים הן בעלי חיים מרתקים, שיכולים לספק לנו מידע רב אודות הטבע והסביבה והשינויים שחלים בו. אבל הן גם ביישניות מאוד, וכל חוקר ציפורים מנוסה יודע שתצפיות בשטח מספקות מידע חלקי בלבד. איך אפשר להתגבר על המשימה המורכבת? בפרויקט ייחודי מסוגו שמתקיים בישראל, בהובלת ד"ר אור שפיגל מבית הספר לזואולוגיה בפקולטה למדעי החיים ע"ש ג'ורג' ס' וייז, ופרופ' אסף שוורץ מהטכניון, עוקבים החוקרים במקביל אחר מאות עופות ממינים שונים באמצעות GPS - התקן מעקב זעיר שמוצמד לגב העוף. מערכת המעקב החדשה, ATLAS, שמותקנת בעמק חרוד ועמק המעיינות, מספקת לחוקרים כמות עצומה של נתונים, שאותם הם מנתחים בעזרת טכנולוגיות בינה מלאכותית, בלמידת מכונה ובשיטות חדישות של ביג דאטה. ומה הם גילו עד כה? שבולבולים לא אוהבים לעוף בשדות, שיש שחרורים שחומקים בלילות לממלכת ירדן, שאפשר לעזור לחקלאות במזרח התיכון ואפילו לקרב בין עמים בזכות עידוד התרבות התנשמות ויש עוד כמה סודות שייחשפו בהמשך.

 

"לעקוב אחר בעלי חיים קטנים ברזולוציות חסרות תקדים"

מערכת אטלס היא פיתוח ייחודי של פרופ' סיון טולדו מבית הספר למדעי המחשב ע"ש בלווטניק, ושל פרופ' רן נתן מהאוניברסיטה העברית וראש מרכז מינרווה לחקר התנועה. המערכת עובדת על ידי הצמדת משדר זעיר לגב העוף. אורך החיים של סוללת המשדר נע בין שבועיים למינים הקטנים ועד יותר משנה למינים גדולים כמו תנשמת. אחד היתרונות הטכנולוגיים החשובים של מערכת אטלס היא האפשרות להצמיד משדרים קטנים וזולים במיוחד לעופות ובעלי חיים אחרים.

 

"המערכת החדשנית מאפשרת למעשה לעקוב אחר בעלי חיים קטנים ברזולוציות חסרות תקדים. פתאום רואים את הפרטים, זה כמו להרכיב משקפיים בפעם הראשונה", מספר בהתרגשות ד"ר שפיגל. "זו חוויה אדירה, אנחנו עוקבים במקביל אחר מינים מגוונים כמו תנשמות, סיקסקים, בזים, נקרים, בולבולים, עורבנים, שלדגים ועוד". המחקר הוצג לאחרונה במסגרת הכנס הראשון של יוזמת AI4Good המשותפת לאוניברסיטת תל אביב ולגוגל, שהוקדש לתרומה האפשרית של בינה מלאכותית לחקר ולשימור הסביבה.

 

לשפר מסדרונות אקולוגיים

לדבריו של ד"ר שפיגל, ככלל, ניתן להצמיד משדר של עד 4% ממשקל הציפור, כדי שלא להכביד על מעופה. כלומר, אם הציפור שוקלת 100 גרם – המשדר שלה שוקל ארבעה גרם בלבד. "היתרון של ה-GPS הוא אדיר. אם פעם היה אפשר להוציא מעט נקודות למשדר של ארבעה גרם - במערכת GPS אפשר להוציא מאות נקודות, ומערכת אטלס מאפשרת לנו להוציא מאות אלפי נקודות תנועה ממשדר של ארבעה גרם. כמובן שמאות אלפי נקודות כפול 150 פרטים זה המון מידע מאוד רלוונטי", הוא אומר.

 

במערכת אטלס משתמשים מדעניות ומדענים רבים, החוקרים היבטים זואולוגיים ואקולוגיים שונים כדי לאפיין את המסדרון האקולוגי של עמק חרוד. "המסדרון האקולוגי מאפשר לאוכלוסייה לשמור על רציפות, אחרת תהיינה שתי אוכלוסיות המופרדות זו מזו על ידי מחסומים כגון ישובים ותשתיות, והן יהיו פגיעות יותר להכחדה", מסביר ד"ר שפיגל. "עד כה השתמשו במצלמות כדי לראות אם הצבי למשל משתמש במסדרון או לא. מערכת אטלס מעניקה לנו רזולוציה גבוהה הרבה יותר. אנחנו מניחים שכל בעלי החיים יכולים לעבור דרך המסדרון, אבל הנה לדוגמא, גילינו עכשיו שבולבולים נמנעים משדות. ברמת התכנון הנופי, צריך רק להוסיף שישה מטרים של צמחייה טבעית בשולי השדות, וכך נאפשר גם לציפורים כמו הבולבול להשתמש בפרוזדור ביעילות, מבלי לחצות את השדות. הטבע ירוויח והחקלאי לא יפסיד הרבה שטח ויקבל פיצוי מהרשויות. כל ציפור והדרישות שלה".

 

לא אוהב לעבור בשדות. בולבול צהוב שת

 

בינה מלאכותית, תנשמות וחקלאות ירוקה

אחד הפרויקטים המעניינים ביותר שמשתמשים במערכת אטלס הוא פרויקט התנשמות של הדוקטורנט שלמה קאין, בהנחיית ד"ר שפיגל ופרופ' אמירטוס יוסי לשם, מהמחלקה לזואולוגיה באוניברסיטת תל אביב ומייסד המרכז הבינלאומי לחקר נדידות הציפורים. תנשמת היא ציפור גדולה יחסית, במשקל כ-400 גרם, שניזונה בעיקר מנברנים (מין עכבר המזיק לשדות חקלאיים), וממכרסמים אחרים. הרעיון מאחורי הפרויקט הוא לעודד את שגשוג אוכלוסיית התנשמות כתחליף טבעי לחומרי הדברה כימיים שנועדו להרחיק נברנים, שעולים לחקלאים הרבה מאוד כסף ושבסופו של דבר מחלחלים גם לקרקע ולמי השתייה של כולנו, ופוגעים בחיות הבר, בציפורים נודדות ובאדם.

 

"החל משנת 2002 אנחנו עובדים עם חקלאים פלסטינים וירדנים בפרויקט שנקרא 'ציפורים לא יודעות גבולות', וב-2008 הפרויקט הפך לפרויקט לאומי", אומר פרופ' לשם. "כל תנשמת מגדלת בין 5 ל-12 גוזלים, אבל לשם כך היא צריכה תיבת קינון. אנחנו מספקים לה את התנאים לקנן בשטחים חקלאיים באמצעות הנחת תיבה המתאימה לתנשמת, ובאמת איפה שיש תיבה כזאת החקלאים מפסיקים להשתמש בחומרי הדברה. מערכת אטלס מספקת לנו מידע על תנועת התנשמות, כדי שנדע איפה להניח את התיבות, ובינתיים יש לנו כ-5,000 תיבות בישראל, ברשות הפלסטינית ובירדן. התנשמות האלה מחברות בין העמים, בין מוסלמים ליהודים, כי הן באמת לא יודעות גבולות, ומתוך כ-70 תנשמות שמשדרות - 7 כבר עפו לירדן".

 

מתייר בירדן בלילות

שלא כמו התנשמת, שידוע כי היא מגיעה למרחקים ארוכים, מחוץ לעונת הנדידה שלהן ציפורי שיר משוטטות על פני מרחב מצומצם בהרבה. חידוש מפתיע ומרגש הגיע במסגרת פרויקט של הדוקטורנטית מיכל הנדל, בשיתוף פעולה של אוניברסיטת תל אביב והטכניון והצפר יוחאי וסרלאוף. בתחילת חודש יוני השנה הם הצמידו משדר לציפור שיר ממין שחרור. אחרי מספר שבועות בהן שהה השחרור שהה בפרדס ובמטעי השקד של קיבוץ עין חרוד מאוחד, באישון לילה הוא החליט לעוף לממלכת ירדן, שם המערכת ממשיכה לעקוב אחר תנועתו בציפייה דרוכה. זאת אחת הפעמים הראשונות שציפור שיר יציבה תועדה כשהיא עפה קילומטרים רבים וחוצה גבול בינלאומי בישראל.

 

מחפש ריגושים בלילות. שחרור זכר

פרופ' ענבל בן-עמי ברטל וצוות המחקר שלה

מחקר

04.10.2021
מה עובר לנו בראש כשאנחנו מעניקים עזרה?

מחקר חדש חושף את הבסיס הביולוגי של האמפתיה

 

  • מדעים מדויקים

האם יונקים, וחולדות בפרט, מסוגלים לגלות אמפתיה אחד לשני, לנקוט בהתנהגות פרו-חברתית ולסייע לאחרים במצוקה? ד"ר ענבל בן-עמי ברטל מבית הספר לפסיכולוגיה ומבית הספר סגול למדעי המוח, ערכה סדרת מחקרים בנושא והגיעה לגילויים מפתיעים. למשל, שחולדות מפעילות את מערכת התגמול במוח בזמן שהן פועלות לעזרת חברה לכודה, אבל כשמדובר בחולדה זרה ומזן אחר - אותה מערכת לא עובדת, והחולדה נותרת ללא סיוע.

 

עזרה לזולת מתגמלת לא פחות מאכילת שוקולד

במחקר הראשון בסדרת המחקרים, מבחן התנהגות עוזרת בחולדות, שפיתחה ד"ר בן-עמי ברטל במהלך הדוקטורט שלה באוניברסיטת שיקאגו עם פרופ' פגי מייסון ופרופ' ג'אן דסטי, נבדקה הנכונות של חולדה לחלץ חברה במצוקה. במבחן זה, חולדה אחת לכודה במלכודת ואחרת יכולה לשחרר אותה על ידי פתיחת דלת המלכודת מבחוץ. כשחולדות לומדות לפתוח את המלכודת הן ממשיכות לעשות זאת במהירות ובעקביות בימים הבאים, גם אם אין מגע בין החולדות לאחר העזרה.

 

"גילינו שלעזור לחולדה השנייה מתגמל כמו לאכול שוקולד, אם לא יותר", מספרת ד"ר בן-עמי ברטל. "המחקר התפרסם בעיתון Science וקיבל חשיפה עצומה, לאור הטענה שהחולדות מונעות על ידי אמפתיה לחולדה הלכודה. כלומר, החולדה מגיבה למצוקה של החולדה הלכודה והיא רוצה לעזור לה כדי להסיר את גורם המצוקה. במחקרי המשך נמצא שהחולדות מראות עליה ברמת הלחץ בזמן המטלה, גם אצל החולדה הלכודה וגם החופשיה, ועזרה מורידה את הלחץ לשתיהן. עוד נמצא כי מתן חומרים נוגדי-חרדה מוריד את ההסתברות שהחולדות יעזרו, אולי כי הן לא חשות את המצוקה של החולדה הלכודה".

 

לא נחמדות לכל אחד

מאז יצאו עשרות מאמרים על אמפתיה בעכברים וחולדות, והיום יש הרבה יותר קבלה של הרעיון שחיות, במיוחד יונקים חברתיים, מרגישות ומשקפות את המצוקה של אחרים. הייחוד של המודל הזה הוא שהחולדות לא רק 'נדבקות' במצוקה של האחר, אלא גם מנסות, ולרוב מצליחות, לסייע לחולדה הלכודה להשתחרר.

 

"אבל אז נוסף 'טוויסט' לעלילה וגילינו שכמו אצל בני אדם, חולדות לא נחמדות סתם לכל אחד. במחקר עוקב נוסף שהתפרסם ב-eLife בשנת 2014, הראינו שחולדות מראות הטיה חברתית בהתנהגות פרו-חברתית, כלומר עוזרות לבני קבוצת השייכות שלהן ולא לחולדות מקבוצות אחרות, מזן אחר בעל פרווה שחורה. הסלקטיביות הזו של התנהגות פרו-חברתית אצל החולדות מזכירה מאד את ההטיה החברתית שרואים בבני-אדם, שנוטים לחוש אמפתיה ולעזור לבני קבוצת השייכות שלהם יותר מלקבוצות אחרות. בנימה מעודדת, מגורים משותפים של שבועיים עם חולדה מהזן השני גרמה לשינוי גורף במוטיבציה הפרו-חברתית, וחיות עזרו לא רק לבת זוגן לכלוב אלא אף לחיות זרות מהזן השני, לאחר היכרות עם חולדה אחרת", מסבירה ד"ר בן-עמי ברטל. 

 

חברות הכי טובות. ההתנהגות הפרו-חברתית אצל חולדות מזכירה את זו שקיימת אצל בני אדם

 

מה יותר חשוב – שייכות או אמפתיה?

הבדל התנהגותי זה העלה את השאלה מה שונה במוח של חולדות 'אמפתיות' לעומת חולדות שלא עוזרות. במחקר החדש, בדקה ד"ר בן-עמי ברטל את הבסיס המולקולרי של ההתנהגות הזו, בתוך התמקדות בפעילות המוחית בשני התנאים האלה.

 

ראשית, היא סימנה בעזרת סימון זרחני של נוירונים שהיו פעילים בזמן המטלה נוירונים, שהיו פעילים בזמן שחולדות היו בנוכחות חולדה לכודה מקבוצת השייכות שלהן, או מהזן השני, ונעשה ניתוח סטטיסטי וגרפי של הרשתות המוחיות הפועלות בכל תנאי. כמו כן, נעשו הקלטות של פעילות מוחית על ידי אות סידן שמשתחרר כשנוירונים פעילים.

 

בשתי הקבוצות, גם בקבוצה שלא עזרה, הופעלה מערכת מוחית שקשורה לעיבוד מצוקה של אחרים, כולל אזורי מוח דומים לאלו שפועלים בשעה שבני אדם חשים אמפתיה. אבל רק בחולדות שראו חולדה מהזן שלהן נצפתה התנהגות עוזרת והפעלה של מערכת התגמול, זוהי הרשת המוחית שמעוררת מוטיבציה לבצע דברים חשובים שתורמים להישרדות, כמו אוכל או בני זוג, בכך שהיא גורמת להם להרגיש טוב. 

 

"מחקר זה מראה שלמערכת התגמול תפקיד חשוב בהתנהגות עוזרת, ואם אנחנו רוצים להגביר את ההסתברות להתנהגות פרו-חברתית - יש לתגבר תחושת שייכות יותר מאשר אמפתיה. מחקר נוסף שנערך אצלנו עכשיו מנסה לבדוק מה קורה במוח של חולדות מהקבוצות השונות בשבועיים שהן גרות יחד ונהיות חברות, ואיך אפשר באמצעות גירוי מלאכותי של המוח לגרום לחולדות להיות אמפתיות למצוקה של חולדות מהזן השני", מסכמת ד"ר בן-עמי ברטל.

מחקר

04.10.2021
לשפוך אור על תורת הקוונטים

חוקרים גילו כיצד תורת הקוונטים משפיעה על תהליך פליטת האור

 

  • מדעים מדויקים

סדרת מחקרים חדשה בהובלת חוקרים של אוניברסיטת תל אביב, טכניון ו-MIT מגלה כי גלי האור הנפלטים מחלקיקים משנים חלק מתכונותיהם כתלות בתכונות הגליות של החלקיקים. או במילים אחרות: תורת הקוונטים משפיעה על תהליך פליטת האור. סדרת המחקרים נערכה בהובלת פרופ' עדי אריה, מופקד על הקתדרה לננו-פוטוניקה ע"ש מרקו ולוסי שאול באוניברסיטת תל אביב, ופרופ' עדו קמינר, חבר סגל בפקולטה לפקולטה להנדסת חשמל ומחשבים ע"ש ויטרבי וחבר במכון לננוטכנולוגיה ע"ש ראסל ברי (RBNI) ובמרכז הקוונטום ע"ש הלן דילר בטכניון.

 

לגעת בלב טכנולוגיות הצפנה ומחשוב קוונטיות

בסדרת המחקרים, הראו החוקרים כיצד גלי אור משתנים כתלות בתכונות הקוונטיות של החלקיקים הפולטים אותם, וכי ניתן לפרש את פליטת האור כהתממשות של תופעה קוונטית הנוגדת לגמרי את האינטואיציה שלנו: קריסת פונקציית הגל. החוקרים הראו גם קשר ישיר בין פליטת אור ובין שזירות קוונטית – התופעה העומדת בליבן של טכנולוגיות הצפנה ומחשוב קוונטיות.

 

החוקרים מסבירים: דמיינו כי אתם מתבוננים בגל מים הפוגע בשובר גלים ובו שני סדקים, כך שלאחריו נוצרים שני גלי מים חדשים הבוקעים משני סדקים אלו. אם נתבונן בצורתם, נראה מקומות שבהם הגלים גבוהים יותר – ומקומות שבהם הגלים נעשו נמוכים. תופעה זו נקראת התאבכות: שני הגלים מסתכמים יחדיו במקומות מסוימים ומבטלים זה את זה במקומות אחרים. כעת, דמיינו כי אתם מתבוננים בכדורי טניס הנזרקים לעבר קיר ובו שני סדקים. ברור כי חלק מהכדורים יעברו דרך הסדק הראשון וחלקם דרך הסדק השני. הכדורים לא "יסתכמו יחדיו" או "יבטלו" זה את זה, כמו שגלים עושים.

 

לעומת זאת, תורת הקוונטים, התיאוריה הפיזיקלית המתארת את התכונות של חלקיקים זעירים, גורסת כי חלקיקים אלה עשויים לעיתים להתנהג כגלים. אם נבצע את ניסוי "שני הסדקים" עם חלקיקים קוונטיים, נראה כי החלקיק הקוונטי מסוגל לעבור דרך שני הסדקים שבקיר בעת ובעונה אחת.

 

בניסוי נצפה בתבנית התאבכות המורכבת לסירוגין מפסים בהירים – עדות לפגיעת החלקיקים במסך – ופסים חשוכים המעידים על מיקומים שבהם החלקיקים לא פגעו. בהירותם של הפסים מאוד דומה לגובהם של גלי המים לאחר הפגיעה בשובר הגלים עם שני הסדקים. עם זאת, קיים הבדל מהותי בין גלי המים ובין גלי החלקיקים של תורת הקוונטים. אם נתבונן באחד הסדקים שבהם עבר החלקיק הקוונטי, תבנית הפסים על המסך תיעלם. עצם התצפית שלנו במיקום החלקיק באחד מהסדקים תגרום לו לעבור בוודאות דרך הסדק שבו התבוננו: פתאום החלקיק הקוונטי מתנהג כמו כדור הטניס. תופעה מוזרה זו נקראת "קריסת פונקציית הגל".

 

ההבדל בין הקלאסי לקוונטי

למרות ההתקדמות העצומה בהבנתנו את הפיזיקה הקוונטית, עדיין ייתכנו סתירות לכאורה בינה ובין הפיזיקה הקלאסית. למשל, בפיזיקה קלאסית ניתן למצוא את מסלולו ומהירותו של חלקיק הפולט אור, ולנבא מכך את אופיו של האור הנפלט ממנו. לעומת זאת, במכניקת הקוונטים אי אפשר למדוד את מיקומו ואת מהירותו של חלקיק קוונטי בעת ובעונה אחת (זהו עיקרון אי-הוודאות המפורסם של הייזנברג). כמו כן, לחלקיקים הקוונטיים תכונות גליות, והם משנים את תכונותיהם כאשר אנו "מתבוננים" בהם (קריסת פונקציית הגל).

 

סדרת המחקרים החדשה הראתה כיצד תכונות אלו של המכניקה הקוונטית משפיעות על האופן שבו חלקיקים פולטים אור. החוקרים הראו שתופעות רבות הקשורות לפליטת אור, שהוסברו באותו האופן ב-100 השנים האחרונות, יכולות להתנהג באופן שונה מאוד מהצפוי. זאת, עקב השפעת האופי הקוונטי של חלקיקי החומר על האור הנפלט מהם.

מחקר

07.07.2021
פיצוץ אדיר בחלל פתר תעלומה בת אלף שנה

כוכב שסיים את חייו בגלקסיה רחוקה והתפוצץ בעוצמה רבה פתר תעלומה אסטרונומית מהמאה ה-11

 

  • מדעים מדויקים

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)

צוות המחקר המהפכני

מחקר

28.06.2021
יש לך דקה?

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב יצרו מערכת זיכרון חשמלי דקיקה בעובי שני אטומים בלבד

 

  • מדעים מדויקים

חוקרים מאוניברסיטת תל אביב הצליחו להנדס את הטכנולוגיה הזעירה ביותר בעולם, בעובי שני אטומים בלבד. לדבריהם, הטכנולוגיה החדשה מציעה דרך לקודד מידע חשמלי לתוך היחידה הדקה ביותר המוכרת למדע היום, בגביש שהוא מהחזקים והיציבים ביותר בטבע. פריצת הדרך תוכל להוביל לייעול בהתקנים אלקטרוניים מבחינת צפיפות, מהירות ועלות.

 

מערכת בעובי של שני אטומים

הדמיית עובר בבטן אמו, פירוק וירוס זעיר למרכיביו ואפילו האזנה לחורים שחורים שהתמזגו לפני מיליארד שנים - המשותף לפיתוח הטכנולוגיות האלה ולרבות אחרות הוא הסקרנות אודות התנהגותם של אטומים ואלקטרונים בחומר, והרצון לחזות ולשלוט בתכונות המשותפות שלהם כשהם מתמצקים יחד למבנה מסודר של גביש. בלב המחשב לדוגמה, מצוי התקן גבישי זעיר, שמטרתו לשלוט בתגובה כלשהי בעלת שני מצבים לפחות (מיתוג) - "כן" או "לא", "מעלה" או "מטה", "קטן" או "גדול". ללא חלוקה משלימה זו לא ניתן לקודד ולעבד מידע. האתגר הוא למצוא מנגנון שיאפשר מיתוג בהתקן קטן, מהיר וזול.

 

נכון להיום, ההתקנים המתקדמים ביותר עשויים מגבישים קטנטנים, המכילים כמיליון אטומים בלבד (כמאה אטומים בגובה, ברוחב, ובעובי), כך שאפשר למקם מיליון כמותם כמיליון פעמים בשטח של מטבע אחד, ולמתג כל אחד מההתקנים במהירות של כמיליון פעמים בשנייה. שיפור היחידות הזעירות כך שיפעלו באופן יעיל, מהיר, צפוף וזול יותר היא אולי המשימה המרכזית של המדע והתעשייה בעת הנוכחית.

 

צוות חוקרים מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ומבית הספר לכימיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, שכלל את מעיין ויזנר שטרן, יובל ושיץ, ד"ר ואי כאו, ד"ר יפתח נבו, פרופ' ערן סלע, פרופ' מיכאל אורבך, פרופ' עודד הוד וד"ר משה בן שלום, ועמיתיהם מיפן, הצליחו להנדס מערכת בעובי של שני אטומים בלבד, העשויה לאפשר דחיסה ועיבוד של מידע ובכך עשויה להביא לשיפור משמעותי בהתקנים אלקטרוניים בהיבטים שונים. בעקבות פריצת הדרך הטכנולוגית, החוקרים הצליחו לראשונה למזער משמעותית את עובי ההתקנים הגבישיים עד כדי שני אטומים בלבד. ד"ר בן שלום מדגיש כי המבנה החדש מאפשר התקני זכרון המתבססים על יכולת קוונטית של אלקטרונים לדלג ביעילות ובמהירות דרך מחסומים בעובי של מספר קטן של אטומים, ולכן עשויה לאפשר ייעול משמעותי בהתקנים אלקטרוניים מבחינת צפיפות, מהירות וצריכת אנרגיה. המחקר פורץ הדרך, שמומן בסיוע המועצה האירופאית למחקר ERC, הקרן הישראלית למדע ISF ומשרד המדעMOST , התפרסם לאחרונה בכתב העת היוקרתי Science.

 

משחק לגו אטומי

במסגרת המחקר, החוקרים עסקו בחומר דו-ממדי, שכבה בעובי אטום בודד של אטומי בור וחנקן המסודרים במבנה משושה מחזורי. במהלך הניסוי הם הצליחו לשבור את הסימטריה של גביש זה על ידי הרכבה מלאכותית של שתי שכבות כאלו. "בצורתו הטבעית והתלת-ממדית חומר זה בנוי ממספר רב של שכבות המונחות אחת על פני השניה, כאשר כל שכבה מסובבת ב-180 מעלות ביחס לשכבה שמתחתה, בתצורה אנטי מקבילה", מספר ד"ר בן שלום.

 

"במעבדה הצלחנו לערום את השכבות באופן מלאכותי בתצורה מקבילה, שממקמת לכאורה אטומים מאותו סוג בחפיפה מלאה למרות הדחייה החזקה שביניהם (כתוצאה ממטענם הזהה). בפועל, הגביש מעדיף להחליק את אחת השכבות מעט ביחס לשנייה, כך שרק חצי מהאטומים של כל שכבה חופפים, אך אלו שחופפים הם מסוגים שונים (כלומר עם מטען בסימן הפוך), בעוד ששאר האטומים ניצבים מעל (או מתחת), לחלל ריק - מרכז המשושה. על אף שמצב זה קצת פחות יציב מהסידור הטבעי (נקרא מצב מטא-סטבילי), הסידור החדש מבחין היטב בין השכבות. לדוגמה, אם בשכבה העליונה האטומים החופפים הם רק מסוג בור, הרי שבשכבה התחתונה המצב הפוך.

 

ד"ר בן שלום מוסיף כי התגלית התאפשרה הודות למאמץ משותף ופורה במיוחד עם עמיתיהם התיאורטיקנים שביצעו חודשים של סימולציות מחשב כדי לנתח לעומק למה האלקטרונים במערכת מסתדרים בדיוק כפי שמדדנו.

 

 

דרכים מקוריות לשליטה במידע בהתקנים של מחר

הדוקטורנטית מעיין ויזנר שטרן, ממובילות המחקר, מסבירה: "שבירת הסימטריה שהצלחנו ליצור במעבדה ואינה קיימת בגביש הטבעי, כופה על המטען החשמלי להתארגן מחדש בין השכבות וליצור קיטוב חשמלי זעיר בניצב למישור השכבות. הקיטוב הנגדי שנוצר נותר יציב גם כשהפסקנו את השדה החיצוני, בדומה למערכות 'פרו-אלקטריות' תלת ממדיות, שנמצאות בשימוש רחב בטכנולוגיה עכשווית".

 

"האפשרות לאלץ סידור גבישי ואלקטרוני במערכת כה דקה, עם מאפייני קיטוב והיפוך יחודיים הנובעים מקשרי הואן-דר-ואלס החלשים בין השכבות (כוחות הפועלים בין כל שני אטומים או שתי מולקולות שונות בטבע בעוצמות שונות), אינה מוגבלת רק לגביש הבור והחנקן", מוסיף ד"ר בן שלום. "למעשה, אנו צופים כי ניתן להרחיב את התופעה לגבישים שכבתיים רבים בעלי מאפייני סימטריה מתאימים, ולהשתמש בהחלקה הבין-שכבתית כדרך מקורית ויעילה למימוש התקנים אלקטרונים מתקדמים".

 

"אנו נרגשים לגלות מה יקרה במצבים אחרים שנכפה על הטבע, וחוזים כי אפשר יהיה ליצור צימודים חדשים בין דרגות חופש שונות. אנו מקווים כי המזעור וההיפוך באמצעות החלקה יביא לשיפור בהתקנים אלקטרוניים של היום, ובמיוחד יאפשר דרכים מקוריות אחרות לשליטה במידע בהתקנים של מחר. בנוסף להתקני מחשוב, ניתן לחזות תרומה להתקני גילוי, אגירה והתמרת אנרגיה, תגובה עם קרני אור ועוד. האתגר שלנו, כפי שאנו רואים אותו, הוא למצוא גבישים נוספים עם דרגות חופש חדשות ומחליקות", מסכמת ויזנר שטרן.

 

היפוך קיטוב חשמלי בין זוג שכבות אטומיות באמצעות החלקה

מחקר

21.06.2021
הדמיון המפתיע בין סופות הוריקן לתנועה של חלבונים

גם חלבון בגודל של כמה ננומטרים וגם הוריקן בגודל של מאות קילומטרים פועלים לפי עקרונות דומים

  • מדעים מדויקים

כל תא בגוף עטוף בממברנה שמפרידה אותו מהעולם החיצון. ממברנה היא לא רק מחיצה פסיבית, היא חיונית לתפקוד התקין של התא. על פני הממברנה ישנם חלבונים רבים שאחראים לפעולות שונות בתא. למשל, חלבון הנקרא ATP synthase אחראי על הפקת ואחסון אנרגיה. החלבונים יכולים לנוע על פני הממברנה מכיוון שהממברנה אינה קשיחה, אלא יריעה נוזלית (ממש כמו בועת סבון). חלק מהחלבונים, כמו ATP synthase, מסתובבים ויוצרים מערבולות קטנות מסביבם.

 

מחקר בינלאומי חדש בהשתתפות חוקרים מאוניברסיטת תל אביב מצא קשר מפתיע בין תנועה של חלבונים בממברנות ביולוגיות לתנועה של הוריקנים. על פי החוקרים גם במערכת של החלבונים וגם במערכת של ההוריקנים אפשר להראות שישנם חוקי שימור, אנלוגיים לשימור אנרגיה, שמגבילים את הקונפיגורציות האפשריות, ולכן תורמים להופעת סדר מדינמיקה כאוטית לחלוטין.

 

המחקר נערך בהובלת ד"ר נעמי אופנהיימר מבית-הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר באוניברסיטת תל אביב, ביחד עם ד"ר ריקמוי סמנתה מ-Indian Statistical Institute וחוקרים נוספים מה-Flatiron Institute  בניו-יורק. המחקר פורסם לאחרונה בכתבי העת Physics of Fluids ו-Physical Review Letters.

 

סדר אחרי הכאוס

במסגרת המחקר הנוכחי, החוקרים החליטו לבדוק האם יש סיבה לסיבוב של החלבונים מעבר לייצור אנרגיה ומה הזרימה שנוצרת כתוצאה מהמערבולות האלו? להפתעתם, התברר שהסיבוב תורם ליצירת מבנים מסודרים, ושהזרימה שנוצרת בעקבות סיבוב חלבונים אלו דומה מאוד לדינמיקה של הוריקנים ושל זרימות אטמוספריות על פני סקלות שונות מאוד (חלבון הוא בגודל של כמה ננומטרים והוריקן הוא בגודל של מאות קילומטרים).

 

"במהלך המחקר ראינו שחלבונים אשר מבולגנים תחילה, מהר מאוד יצרו גבישים משושים מסודרים, וזה מאוד הפתיע אותנו שכן להבדיל מגבישים מולקולריים, אין משיכה בין החלבונים, ולמרות זאת נוצר סדר בתום הכאוס הראשוני", מסבירה ד"ר נעמי אופנהיימר. "מדובר בחוקי שימור מפתיעים כפליים במערכת החלבונית, מכיוון שהמערכת מחוץ לשיווי משקל וצורכת אנרגיה".

 

עד היום רוב המחקרים שנעשו על ממברנות ביולוגיות הניחו שהממברנה שטוחה. המחקר הנוכחי מתמקד בזרימה בממברנות כדוריות, ולפיו ישנן השלכות משמעותיות לעקמומיות על הזרימה הנוצרת. למשל, בממברנה כדורית, חוץ מכל חלבון שמסתובב ויוצר מערבולת סביבו, נוצרות באופן ספונטני מערבולות נוספות בנוזל. כלומר, נוצרת מערבולת אפילו כשאין חלבון שייצר אותה. המערבולות החדשות נעות בזרימה ויכולות להתנגש עם ״אנטי מערבולות״ ולהעלם. בנוסף, אם התא קטן מאוד, אפילו חלבון אחד המסתובב על פני התא יגרום לסיבוב כולל של כל התא.

 

המחקרים מסכמים את התצפיות של המבנים המסודרים הגבישיים שיוצרים חלבוני ATP Synthase בממברנה, והם מתבססים על מחקרים קודמים בתחום אשר התמקדו בתנועה של חלקיק אחד בממברנה כדורית, אך לא על סיבוב החלקיק או חלקיקים נוספים, כמו גם על מחקר שהראה לראשונה כי גביש הוא מצב אפשרי של חלבונים.

 

הבנה של הזרימה בממברנת התא

"אנחנו מתבססים על מחקרים קודמים ומראים באופן תיאורטי ועל בסיס סימולציות שמעל ריכוז מסוים החלבונים תמיד יתגבשו באופן ספונטני והגביש הזה יהיה יציב," מספרת ד"ר אופנהיימר. "שיטת המחקר היא מידול הבעיה והפשטה שלה. התחלנו ממידול של הממברנה ושל החלבונים בעזרת משוואות. פתרנו את המשוואות אנליטית או בעזרת מחשב, ולאחר מכן כתבנו סימולציות שימדלו את התנועה של עשרות עד אלפי חלבונים כאלו בממברנה שטוחה או כדורית".

 

הבנה של הזרימה בממברנה עלולה לסייע לתכנן תרופות באופן יעיל יותר. כמו כן, ממצאי המחקר הם צעד חשוב בהבנה של ערבוב אקטיבי בממברנה. ההיווצרות (וההיעלמות) של מערבולות שהתגלו מגדילה את הערבוב בממברנה, מה שתורם לזירוז ריאקציות כימיות בתא.

 

"אנחנו מקווים שהמחקר שלנו ידרבן חוקרים נוספים לעשות תצפיות נסיוניות בתאים ביולוגיים ולהסתכל על הזרימות שקורות על פני התא. בתחום התיאורטי, אנחנו מתכננים להסתכל על תנועה של סוגים נוספים של חלבונים על פני הממברנה, כמו גם על מקרים נוספים שבהם רואים סדר הנוצר מזרימה של מיקרואורגניזמים," מסכמת ד"ר אופנהיימר.

מחקר

09.05.2021
משנה מקום משנה צורה

אוניברסיטת תל אביב שיגרה לחלל "חומר חכם" - פולימר מקופל שנפרס לצורתו המקורית בחימום, והוא יקיף את כדור הארץ במסלול

  • הנדסה וטכנולוגיה
  • מדעים מדויקים

הלוויין TAUSAT-1 של אוניברסיטת תל אביב והמרכז למחקר גרעיני (ממ"ג) שורק, ששוגר לאחרונה לחלל, ממשיך לעשות היסטוריה: ב-9 באפריל, בשעה שבע בערב (שעון ישראל), ניתן האות ממרכז הבקרה באוניברסיטת תל אביב, וחומר חכם בעל זיכרון צורני (shape memory polymer, או SMP), שינה את צורתו ונפרס במסלול סביב כדור הארץ. זאת הפעם הראשונה שחומר חכם משוגר מישראל לחלל. מנגנון הפריסה שפותח יוכל לחסוך בעתיד את הצורך לשגר מנגנונים כבדי משקל, ולשמש לפריסת רכיבים שונים כמו לוחות סולאריים ואנטנות.

 

נכנס למסלול

"מדובר באקטואטור - רכיב שאחראי להנעת חלקים ומערכות - על בסיס פולימר משנה צורה", אומר פרופ' נעם אליעז מהמחלקה למדע והנדסה של חומרים בפקולטה להנדסה ע"ש אידי ואלדר פליישמן. האקטואטור פותח במסגרת עבודת המאסטר של דבי מרגוי ובהנחיה משותפת של פרופ' אליעז וד"ר רונן ורקר מממ"ג שורק. הפולימר החכם הוא ניסוי אחד מבין חמישה שעורך TAUSAT-1 במעבדה מוטסת זעירה, בגודל של 10×10×10 ס"מ, שפותחה על ידי מחלקת סביבת חלל בממ"ג.

 

"היו עוד ננו-לוויינים ששוגרו מישראל, חלקם הצליחו וחלקם לא, אבל זאת הפעם הראשונה שמשוגר מישראל לוויין עם מנגנון פריסה של פולימר משנה צורה. הפולימרים האלה הם חומרים חכמים שיכולים לחזור לצורתם המקורית עקב גירוי חיצוני כמו אור, חום, שדה חשמלי או שדה מגנטי", אומר פרופ' אליעז.

 

"חומרים חכמים הם פתרון עתידני ויצירתי לצורך שיגור מנגנוני פריסה מתכתיים כבדי משקל", מוסיף ד"ר רונן ורקר. "חומרים חכמים מאפשרים לנו לשלוט בתהליך הפריסה ללא מגע פיזי וללא קשר עין עם מרכז הבקרה, ולחסוך דרמטית במסה ובנפח של המטען המשוגר לחלל. האקטואטור שפיתחנו נפרס בתגובה לחום. בנוסף, זווית הכיפוף של האקטואטור גם משנה את ההתנגדות החשמלית שלו, ובאמצעות מדידת ההתנגדות החשמלית אפשר לקבל אינדיקציה לכך שהוא אכן נפרס בהצלחה".

 

מעבדה מוטסת

המעבדה המוטסת של TAUSAT-1 מכילה שורה של ניסויים מדעיים נוספים, שנועדו לחקור את סביבת החלל במטרה למצוא פתרונות טובים יותר לשיגור ולתפעול של לוויינים וחלליות בסביבה זו, בהם גם מדידת קרינה מייננת מצטברת באמצעות גלאי טרנזיסטור בעל שכבת תחמוצת עבה, ההופכת אותו לרגיש מאוד לקרינה מצטברת. מערכת הניסוי מודדת את השתנות ערכי מתח הסף להפעלת הטרנזיסטור באופן רציף ולאורך זמן, וכך מאפשרת מדידה גם של מנות קרינה נמוכות במיוחד.

 

הננו לוויין אופיין, פותח, הורכב ונבדק במסגרת המרכז לננו-לוויינים בקמפוס, שיתוף פעולה ייחודי בין הפקולטה להנדסה ע"ש איבי ואלדר פליישמן ובית הספר פורטר לסביבה ומדעי כדור הארץ, בפקולטה למדעים מדויקים לבין המרכז למחקר גרעיני - שורק.

מחקר

28.04.2021
המיזם המשולש לאיתור כוכבי הלכת

בפרויקט ראשון מסוגו בחלל, אוניברסיטת תל אביב תתווך בין חלליות הדגל של סוכנות החלל האירופאית ו-NASA

  • מדעים מדויקים

שיתוף פעולה פורץ גבולות ואטמוספירה עומד לקרות בקרוב בחלל: תוכנית של אוניברסיטת תל אביב תתווך בין שתי חלליות, האחת של סוכנות החלל האירופאית (ESA), והשנייה של סוכנות החלל האמריקאית (NASA), במטרה להצליב בין הנתונים המגיעים משתי חלליות הדגל של הסוכנויות. שיתוף הפעולה נעשה בהובלת שלשה חוקרים מהפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, פרופ' (אמריטוס) צבי מזא"ה, פרופ' שי צוקר ותלמיד המחקר אביעד פנחי, והוא  מאפשר איתור מדויק ומהיר יותר של כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש.

 

כשחללית אחת היא העיניים של השנייה

TESS, חללית המחקר של NASA, האמונה על גילוי כוכבי לכת מחוץ למערכת השמש, אינה יכולה לצפות בכוכבי הלכת עצמם. במקום זאת, היא מגלה כוכבי לכת המקיפים שמשות רחוקות לפי כמות האור הנפלט מהשמשות לאורך זמן. כוכבי הלכת מסתירים חלקית את אותן שמשות כשהם עוברים על פניהן וכך גורמים לירידה מחזורית קטנה בעצמת האור המגיע אלינו. אבל בחלק מן המקרים, הירידה בעצמת האור הנמדדת על ידי החללית נגרמת בעקבות שינויים בעוצמת האור של כוכבים שכנים ולא כתוצאה מנוכחותו של כוכב לכת, בגלל איכות הצילום של הטלסקופ שעל החללית.

 

כדי לאמת את נוכחותו של כוכב הלכת יש צורך בתצפיות מעקב נוספות מכדור הארץ, דבר הדורש הרבה זמן ומשאבים. בזמן ש-TESS תרה אחר פלנטות סביב כוכבים אחרים, Gaia, חללית המחקר של סוכנות החלל האירופאית, ממפה את מבנה הגלקסיה שלנו, גלקסיית שביל החלב. היא עושה זאת על ידי מדידת המרחק ועוצמת האור של למעלה ממיליארד כוכבים בפירוט שלא היה כמוהו, אך קצב הצילום שלה נמוך בהרבה מזה של TESS.

 

קבוצת המחקר של אוניברסיטת תל אביב בהובלתו של פרופ' צבי מזא"ה, יצרה שיתוף פעולה בין שתי סוכנויות החלל המובילות בעולם. הקבוצה בנתה מערכת להצלבת נתונים מהחללית Gaia, שלה כושר הפרדה יוצא דופן בצילומיה והיא מסוגלת להבחין בין הכוכבים (השמשות), לבין הנתונים על כוכבי הלכת הפוטנציאלים מהחלליתTESS . הצלבת הנתונים מאפשרת ניפוי מהיר של המקרים שבהם מדובר בשמשות שכנות ולא בכוכבי לכת. שיתוף הפעולה שהחל לפעול בימים אלה כבר הניב זיהוי של כוכבים שהתעממות האור שלהם נגרמה על ידי כוכבים שכנים ולא על ידי כוכבי לכת, וכן כוכבים שאכן קיימים סביבם כוכבי לכת.

 

צעד קטן לאנושות, צעד גדול לקידום המדע

"זהו פרויקט מרגש מאוד. יצרנו מערכת שמצליבה בין נתונים המגיעים משתי החלליות המובילות בתחומן, Gaia ו-TESS, אשר כל אחת מהן משלימה את החסר עבור החללית השנייה לכדי תמונת מצב שלמה ומדויקת. כל הנתונים מתנקזים אלינו ומעובדים אצלנו, וכבר הגענו ללא מעט תוצאות שכל הצדדים מרוצים מהם", אומר בהתרגשות אביעד פנחי. "בהתחלה לא האמנתי שנצליח לגרום לשתי סוכנויות החלל לשתף פעולה, אבל ההתלהבות של פרופ' מזא"ה מדבקת, מה שהוביל לכך שבנינו את המערכת שלנו עוד לפני ששיתוף הפעולה יצא רשמית לפועל, ובסופו של דבר גם הם נסחפו בהתלהבות".

 

"היכולות והמטרות של Gaia ושל TESS הן שונות אך משלימות. הרעיון לשלב את הכוחות של שתי החלליות הללו עלה אצלנו לפני שנתיים ולאחר מאמצים רבים שיתוף הפעולה הזה רואה אור כעת. מטרת העל שלנו היא לקדם את המדע עבור האנושות כולה. זהו אירוע מרגש ומשמח ביותר ואנו גאים להיות החוליה המקשרת שמאפשרת אותו", מוסיף פרופ' שי צוקר, ומחזק את דבריו פרופ' צבי מזא"ה: "זהו מאמץ בינלאומי אדיר, אשר אנחנו מהווים את החוליה המקשרת שלו. אני נרגש לראות את שיתוף הפעולה הזה קורם עור וגידים ומניב תוצאות. משמח אותי לראות שהצלחנו להגיע לעמק השווה למען קידום האנושות בתחום חקר החלל."

 

סחפו אחריהם את סוכנויות החלל הגדולות. מימין: אביעד פנחי (צילום: גל בירנאום), פרופ' שי צוקר ופרופ' צבי מזא"ה

מחקר

19.04.2021
במהירות העור

טכנולוגיה אופטית חדשנית תאפשר אבחון אוטומטי ומיידי של מלנומה

  • מדעים מדויקים
  • רפואה ומדעי החיים

סרטן המלנומה נחשב לחמור ולקטלני ביותר מבין סרטני העור הממאירים, וכ-200,000 מקרים חדשים שלו מתגלים מדי שנה בעולם. חשיבות הגילוי המוקדם קריטית להצלחת הטיפול ולהצלת חיי המטופל, אך נכון להיום נאלצים החולים להסיר תחילה את הנגע ולהמתין לתוצאות בדיקה פתולוגית שמאפשרת אבחון סופי. פיתוח טכנולוגי חדש צפוי לחולל מהפכה בתחום. צוות המעבדה של פרופ' אברהם קציר מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה בפקולטה למדעים מדויקים ע"ש ריימונד ובברלי סאקלר, פיתח טכנולוגיה אופטית חדישה שיכולה להבחין בין סוגי סרטן עור: מלנומה וסרטנים מסוכנים פחות. מדובר באבחון מהיר, בלתי פולשני ושאינו כרוך בכאב. הטכנולוגיה כבר נוסתה בהצלחה על כמאה מטופלים בבית חולים מרכזי בישראל, וכעת מתכננים החוקרים לאמת את השיטה במדידות על מאות חולים.

 

לצבוע את הסרטן

לדבריו של פרופ' קציר, במקרה של מלנומה, אבחון מיידי יכול להציל חיים. "כאשר מתגלה בבדיקה שגרתית על ידי רופא עור נגע חשוד, הוא מוסר בניתוח קטן ונשלח לבדיקה מעבדתית. פתולוג מאבחן את הנגע וקובע אם זו מלנומה. כאשר מזהים מלנומה מוקדם, כשהיא עדיין שטחית ועובייה קטן מ-1 מ"מ ומסירים אותה - אזי מרבית החולים מחלימים. אבחון מאוחר, כשעובי המלנומה גדול מ-1 מ"מ, מקטין בהרבה את סיכויי ההחלמה ומסכן חיים".

 

"המחשבה שהנחתה אותנו בפיתוח הטכנולוגיה הייתה שבתחום הנראה יש לחומרים שונים צבעים שונים, אבל בתחום האינפרא-אדום יש לחומרים שונים מעין "צבעים" אחרים, שתלויים בהרכב הכימי של כל חומר", מסביר פרופ' קציר. "על כן הערכנו שאם נערוך מדידות באמצעות מכשירים המסוגלים לזהות "צבעים" אלו, יהיו לעור בריא ולכל אחד מהנגעים השפירים והממאירים "צבעים" שונים, מה שיאפשר לנו לזהות מלנומה".

 

קבוצת המחקר של פרופ׳ קציר פיתחה סיבים אופטיים ייחודיים, השקופים לאינפרא-אדום. הקבוצה, בשיתוף הפיזיקאים פרופ' יוסף רייחלין מאוניברסיטת אריאל, ד"ר מקס פלטקוב מהקריה למחקר גרעיני וסבטלנה בסוב מקבוצת קציר, פיתחה מערכת המבוססת על סיבים אלו ואשר מתאימה לצרכי מדידות על עור. החוקרים חיברו קצה אחד של סיב כזה למכשיר למדידת "צבעים" באינפרא-אדום, והקצה השני נגע קלות, למשך שניות אחדות, בנגע על עורו של חולה. הסיב איפשר לבדוק מיד את ה"צבע" של הנגע.

 

מהיר ולא פולשני. פרופ' קציר משתמש בטכנולוגיה החדשה לזיהוי סוג הנגע העורי

 

'טביעת אצבע' צבעונית

לדבריו של פרופ' קציר, ניסויים קליניים נעשו על נגעי עור חשודים בכמאה חולים. הפיזיקאים ביצעו בעזרת המערכת החדשה מדידות של ה"צבע" של כל אחד מנגעים אלו, לפני שהם הוסרו ונשלחו לבדיקה פתולוגית. כשהגיעו התוצאות, ראו החוקרים כי לכל הנגעים שנקבעו בפתולוגיה שהם מסוג מסוים, למשל מלנומה, יש "צבע" אופייני באינפרא-אדום, בעוד שלכל אחד מהנגעים מסוגים אחרים יש "צבע" אחר.

 

"טכנולוגיה זו מעניקה מעין 'טביעת אצבע' המאפשרת אבחון ברור של הנגעים השונים, בעזרת מדידת הצבעים האופייניים", מדגיש פרופ' קציר. "באופן זה, ניתן לאבחן נגעים בשיטה אופטית בלתי פולשנית, והרופא והמטופל מקבלים את התוצאה באופן אוטומטי ומיידי. זאת בניגוד לבדיקה השגרתית כיום, הכרוכה בניתוח ובאבחון פתולוגי שלוקח זמן רב".

 

"מלנומה היא סרטן עור מסכן חיים ועל כן חשוב מאד לאבחן אותה מבעוד מועד, כאשר היא עדיין שטחית. המערכת החדשנית תאפשר לכל רופא עור לקבוע אוטומטית את אופיו של נגע חשוד, ובמיוחד האם הוא מלנומה. למערכת יש פוטנציאל לחולל שינוי דרמטי בתחום האבחון והטיפול בסרטן עור, ואולי גם בסוגים אחרים של סרטן. האתגר הגדול יהיה להפוך את הטכנולוגיה, שהיא עדיין יקרה, לכזו שייעשה בה שימוש בכל בית חולים או בכל קליניקה", מסכם פרופ' קציר.

מחקר

27.12.2020
לראשונה בישראל: קידוח בקרקעית ים המלח מתעד 220,000 שנה של רעידות אדמה

קידוח ראשון מסוגו בקרקעית ים המלח חושף: רעידת אדמה קשה בעוצמה 6.5 בסולם ריכטר צפויה בשנים הקרובות

  • מדעים מדויקים

מחקר ראשון מסוגו שנערך בקרקעית ים המלח חושף כי רעידת אדמה הרסנית בעוצמה של 6.5 בסולם ריכטר צפויה לפגוע באזורנו בשנים הקרובות. על פי המחקר רעידת אדמה בעוצמה כזו מתרחשות בארץ ישראל במחזוריות ממוצעת של בין 130 ל-150 שנה, אך היו מקרים בהיסטוריה שהפער בין רעידה אחת לשנייה היה של עשרות שנים בודדות בלבד.

 

רעידת האדמה האחרונה בעוצמה של 6.5 בסולם ריכטר הורגשה בבקעת ים המלח ב-1927, אז נפגעו מאות אנשים ברבת עמון, בירושלים, בבית לחם ואפילו ביפו. כעת, בעקבות ממצאי המחקר, החוקרים מתריעים שרעידת אדמה נוספת עלולה בסבירות גבוהה לקרות עוד בימי חיינו, בשנים הקרובות או בעשורים הקרובים.

 

המחקר נערך בהובלת צוות חוקרים בינלאומי, בהשתתפות פרופ' שמואל מרקו, ראש בית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ ע"ש פורטר באוניברסיטת תל אביב, ועמיתיו החוקרים מבית הספר לסביבה ולמדעי כדור הארץ: ד"ר ין לו, פרופ׳ אמוץ עגנון, ד"ר ניקולס ולדמן, ד"ר נדב ווצלר וד"ר גלן ביאסי. תוצאות המחקר פורץ הדרך פורסמו בכתב העת היוקרתי Science Advances.

 

במסגרת המחקר צוות החוקרים הסתייע בארגון בינלאומי שנקרא ICDP, שמבצע קידוחי עומק באגמים בכל רחבי העולם, במטרה לחקור את האקלים הקדום של כדור הארץ ושינויים אחרים שקרו בסביבה. ב-2010 הוצבה האסדה במרכז ים המלח והחלה לקדוח בקרקעית, לעומק של מאות מטרים, המאפשרים ניתוח של כ-220,000 שנות גיאולוגיה של ים המלח – הרקורד הארוך מסוגו בעולם.

 

עונות השנה בשכבות

לדבריו של פרופ' מרקו, כיוון שים המלח הוא המקום הנמוך בכדור הארץ, מדי חורף, מי השיטפונות שזורמים לים המלח נושאים עמם סחף, שמצטבר בקרקעית האגם לשכבות שונות. שכבה כהה בת כמילימטר המייצגת את סחף החורף ושכבה בהירה בת כמילימטר שמייצגת את האידוי המוגבר של המים במשך הקיץ, כאשר כל שתי שכבות כאלו מייצגות שנה אחרת.

 

יחד עם זאת, ברגע שיש רעידת אדמה, המשקעים מתערבלים, השכבות ששקעו קודם בסידור מושלם מתערבבות ושוקעות מחדש בצורה אחרת. בעזרת משוואות פיזיקליות ומודלים ממחושבים שהחוקרים פיתחו במיוחד לצורך מחקר זה, הם הצליחו לשחזר מהרקורד הגיאולוגי את ההיסטוריה של רעידות אדמה לאורך התקופה.

 

מניתוח הממצאים עולה כי שכיחות רעידות האדמה בבקעת ים המלח אינה קבועה בזמן. היו תקופות של אלפי שנים עם יותר פעילות טקטונית ואלפי שנים עם פחות פעילות טקטונית. בנוסף, לחוקרים התברר כי הייתה הערכת חסר משמעותית בתדירות רעידות האדמה בישראל.

 

אם עד כה חוקרים סברו כי בקע ים המלח רועד בעוצמה של 7.5 בסולם ריכטר מדי 10,000 שנה בממוצע – כעת מסתבר שהרעידות הקטלניות תכופות הרבה יותר, מחזוריות ממוצעת שנעה בין בין 1,300 ל-1,400 שנה. החוקרים מעריכים שהרעידה האחרונה בעוצמה כזאת פגעה בנו בשנת 1,033 – כלומר כמעט לפני אלף שנה. פירושו של דבר שבמאות השנים הקרובות צפויה רעידה נוספת בסולם 7.5 ומעלה.

 

לעומת זאת, החוקרים כאמור מצאו שרעידות אדמה בעוצמה של 6.5 מתרחשות אומנם באזורנו בממוצע מדי 130 עד 150 שנה, אך התדירות בין הרעידות משתנה, ובעוד שהיו מקרים שבהם הפערים בין רעידה אחת לשנייה היו של מאות שנים, הרי שגם היו מקרים שבהן התרחשו רעידות אדמה עוצמתיות בהפרש של עשרות שנים בודדות בלבד.

 

"אני לא רוצה להפחיד", מסכם פרופ' מרקו, "אבל אנחנו חיים בתקופה פעילה מבחינה טקטונית. הרקורד הגיאולוגי לא משקר, ורעידת אדמה גדולה בישראל בוא תבוא. כמובן, אין לנו דרך לחזות בדיוק מתי האדמה תרעד מתחת לרגלינו - מדובר בתחזית סטטיסטית – אבל לצערי אני כן יודע לומר שרעידת אדמה שתגרום למאות נפגעים תקרה בשנים הקרובות, זה יכול להיות בעוד עשר שנים או עשרות שנים, אבל זה גם יכול בשבוע הבא ואנחנו חייבים להיערך לכך.

 

אוניברסיטת תל אביב עושה כל מאמץ לכבד זכויות יוצרים. אם בבעלותך זכויות יוצרים בתכנים שנמצאים פה ו/או השימוש
שנעשה בתכנים אלה לדעתך מפר זכויות, נא לפנות בהקדם לכתובת שכאן >>