בימים אלה מפותח בהובלת מכון ויצמן טלסקופ שמתוכנן להישלח לחלל בשנת 2026, ולהיות טלסקופ החלל הישראלי הראשון. הטלסקופ, שנקרא "אולטראסאט" (Ultrasat), יתאפיין בשדה ראייה רחב, ויצפה בשמיים בתחום האור העל-סגול. שדה הראייה שלו יאפשר לאולטראסאט לסרוק את השמיים פעמים רבות בקצב די גבוה, במטרה לגלות כך תופעות חולפות ומשתנות, כמו פיצוצים והתפרצויות של כוכבים ולאפיין אותן.

תופעות כאלה מתאפיינות בהתפרצות של קרינה אלקטרומגנטית בתחום העל-סגול. אטמוספרת כדור הארץ חוסמת את רוב הקרינה העל-סגולה שמגיעה אלינו מהחלל, ומגינה עלינו מהשפעתה המזיקה על בריאותנו, אולם גם לא מאפשרת לנו לצפות בתופעות כאלה מגובה פני הקרקע, אלא רק מהחלל. אולטראסאט צפוי לגלות במהירות מאות התפוצצויות והתפרצויות של כוכבים בשנה – בערך פי מאה מהיקף התצפיות הרלוונטיות בסקרי השמיים הקיימים כיום. כך הוא יחולל מהפכה בהבנתנו את טבעם ומשמעותם של האירועים האלה.

הכירו כמה מהתופעות שאולטראסאט יחקור:

סופרנובה

סופרנובה היא פיצוץ אדיר של כוכב. כשפיצוץ כזה מתרחש קרוב יחסית לכדור הארץ, אפשר לראות אותו אף בעין בלתי מזוינת. במשך זמן קצר – חודשים ספורים לכל היותר – הוא נראה ככוכב בוהק חדש בשמיים, ומכאן השם "סופרנובה", שכן "נובה" בלטינית משמעו "חדש". הסופרנובה האחרונה שנצפתה מכדור הארץ בעין בלתי מזוינת התרחשה בשנת 1987. במהלך הפיצוץ מתרחשים בכוכב תהליכים גרעיניים שמאפשרים את היווצרותם של יסודות כבדים, שנפוצים ממנו לכל עבר. לכן הסופרנובות הן מקור חשוב ועיקרי ליסודות הכבדים ביקום, כולל אלה שמצויים בגופנו ובעולם הסובב אותנו.

קיימים כמה סוגים של סופרנובות, שאפשר לחלק לשני סוגים עיקריים. סוג אחד הוא סופרנובות של כוכבים מסיביים. כשכוכב שמסתו גדולה פי שמונה לפחות מזו של השמש שלנו מכלה את הדלק הגרעיני בליבה שלו, הוא מאבד את שיווי המשקל שמונע ממנו לקרוס אל תוך עצמו בהשפעת הכבידה. התוצאה היא שרשרת של אירועים שבמהלכה ליבת הכוכב, העשירה בהליום, מתכווצת ואילו מעטפת הכוכב העשויה ממימן מתנפחת מאוד. במצב הזה הכוכב הופך לענק אדום – כוכב ענק, בגוון אדמדם, שהמעטפת שלו דלילה וקרה יחסית.

בשלב הזה הכוכב ממשיך להפיק אנרגיה באמצעות היתוך גרעיני של יסודות קלים ליסודות כבדים, ונוצר מצב של שיווי משקל. בסופו של דבר התנאים בליבת הכוכב אינם מאפשרים את המשך ההיתוך הגרעיני והאיזון מופר פעם נוספת. הפעם הכוכב מתפוצץ בפיצוץ עז, שחושף את הליבה הדחוסה שלו. כשהמסה ההתחלתית של הכוכב גדולה עד פי 25 ממסת השמש שלנו, הליבה תהפוך לכוכב נייטרונים. אם היא גדולה יותר, ייווצר חור שחור.

סוג מרכזי נוסף הוא סופרנובות של ננסים לבנים. כוכבים שהמסה שלהם אינה עולה על פי שמונה ממסת השמש שלנו עוברים תהליך די דומה לזה של כוכבים מסיביים כשמלאי הדלק הגרעיני בליבה שלהם אוזל, והופכים גם הם לענקים אדומים. אך כאן התהליך נקטע בשלב מוקדם יותר: מעטפת הענק האדום מתפזרת בצורה לא אלימה וחושפת את ליבת הכוכב החמה, שנקראת ננס לבן.

ננסים לבנים מתקררים באיטיות רבה, אולם אם הננס הלבן נמצא במערכת זוגית עם כוכב נוסף, הוא עשוי בתנאים מסוימים לאבד את שיווי משקלו בעקבות יחסי גומלין עם בן הזוג, ולהתפוצץ בסופרנובה. קיימת עדיין מחלוקת בין אסטרופיזיקאים בנוגע לתנאים המדויקים שבהם יכול להתרחש פיצוץ כזה, אולם הסברה הרווחת היא שהפיצוץ קורה כששני ננסים לבנים מתמזגים.

אחת המשימות העיקריות של טלסקופ החלל הישראלי אולטראסאט, שיצפה בשמיים בתחום העל-סגול,תהיה לזהות סופרנובות תוך שעות בודדות מרגע הפיצוץ, וכך לשפוך אור על הסיבות והדרכים שבהן כוכבים מתפוצצים.

התמזגות כוכבי נייטרונים וחורים שחורים

אחרי שכוכבים שהמסה ההתחלתית שלהם גדולה פי שמונה או יותר מהשמש שלנו עוברים פיצוץ סופרנובה, אלה מהם שהמסה ההתחלתית שלהם לא גבוהה מספיק ליצירת חור שחור (כ-25 מסות שמש או יותר) הופכים לעצמים קטנים ודחוסים מאוד – כוכבי נייטרונים. כוכב נייטרונים הוא כדור בעל מסה של בין 1.4 ל-2.3 מסות שמש, שמרוכזת בתוך רדיוס של כעשרה קילומטרים בלבד, העשוי כמעט כולו מנייטרונים.

נייטרונים הם חלקיקים תת-אטומיים בעלי מטען חשמלי ניטרלי, כלומר חסרי מטען חשמלי חיובי או שלילי. במהלך התכווצות ליבת הכוכב, שיוצרת את כוכב הנייטרונים, הפרוטונים והאלקטרונים – החלקיקים התת-אטומיים החיוביים והשליליים שמהם מורכב החומר – נדחסים זה אל זה, והופכים גם הם לנייטרונים. כוכב נייטרונים אומנם דחוס מאוד, אבל עדיין פחות מחור שחור – עצם שהכבידה בקרבתו חזקה עד כדי כך שאפילו אור אינו מסוגל לעזוב את פניו.

תורת היחסות הכללית מלמדת אותנו שכששני כוכבים נמצאים במערכת זוגית וחגים זה סביב זה, הם פולטים גלי כבידה – אדוות במארג המרחב-זמן. פליטת גלי הכבידה מובילה להתקרבות הדרגתית ביניהם, עד שבסופו של דבר הם מתמזגים

כששני כוכבי נייטרונים או כוכב נייטרונים וחור שחור מתמזגים, נוצרים גלי כבידה חזקים במיוחד, שאפשר לקלוט בעזרת גלאי גלי כבידה על פני כדור הארץ. בנוסף, ההתמזגות מחוללת פיצוץ רב עוצמה שפולט גם גלים אלקטרומגנטיים (אור) שאפשר לקלוט בטלסקופים רגילים. מיזוג כזה בין שני כוכבי נייטרונים נצפה לראשונה בשנת 2017, בשיתוף חוקרים ישראלים.

משימתו העיקרית של טלסקופ החלל הישראלי אולטראסאט, שיצפה בשמיים בתחום העל-סגול, תהיה לזהות בהקדם האפשרי את האור המגיע מהתמזגות כזאת, וכך לסייע לנו להבין טוב יותר מה קורה במהלכה.

ננס לבן סופח

ננס לבן נוצר, כאמור, כשכוכב מכלה את הדלק הגרעיני בליבה שלו, ומאבד את שיווי המשקל שמונע ממנו לקרוס אל תוך עצמו בהשפעת הכבידה. כתוצאה מכך מתחילה שרשרת אירועים שבמהלכה ליבת הכוכב מתכווצת ואילו מעטפת הכוכב מתנפחת מאוד, והכוכב הופך ל"ענק אדום" – כוכב ענק בצבע אדמדם שהמעטפת שלו דלילה וקרה יחסית. אם המסה ההתחלתית שלו אינה עולה על שמונה מסות השמש שלנו, מעטפת הענק האדום מתפזרת בסופו של דבר ומותירה את ליבת הכוכב – הננס הלבן.

ננס לבן הוא עצם דחוס – מסתו, שמגיעה ל-60 אחוז ממסת השמש, מרוכזת בתוך כדור שקוטרו דומה לזה של כדור הארץ. חלק מהננסים הלבנים נמצאים במערכת זוגית עם כוכב אחר שאינו דחוס באותה מידה, כגון שמש או ענק אדום. אם הכוכב השכן מקיף את הננס הלבן במסלול קרוב יחסית, חומר ממעטפת הכוכב עשוי להימשך אל הננס הלבן בהשפעת כוח המשיכה החזק שלו. הננס הלבן יספח אליו את החומר הנוסף, ולכן כוכב כזה מכונה "ננס לבן סופח".

עם הזמן תיווצר שכבה נוספת של חומר על פני הננס הלבן. כשהטמפרטורה והצפיפות בתחתית השכבה הזאת תהיינה גבוהות מספיק, יתרחש פיצוץ שיעיף את החומר הנספח מעל פני הננס הלבן. התפרצות זו מכונה "נובה" ("חדש" בלטינית), משום שהיא נראית כמו כוכב חדש בשמיים. אחרי כן תהליך ספיחת החומר מבן הזוג יתחיל מחדש, עד לפיצוץ הבא. מערכות כאלה מכונות "כוכבים משתנים אלימים" (Cataclysmic variables), משום שהן נראות מכדור הארץ ככוכב שעוצמת האור המגיע ממנו משתנה לפרקים בצורה חדה ופתאומית.

במהלך התהליך המתמשך של ספיחת החומר על ידי הננס הלבן, ובהתפרצויות עצמן, נפלטת קרינה אלקטרומגנטית בתחום קרני הרנטגן והעל-סגול. טלסקופ החלל הישראלי אולטראסאט, שיצפה בשמיים בתחום העל-סגול, יוכל לצפות בקרינה המגיעה מהן.

כוכב פעיל מדי

התפרצות של כוכב היא תופעה שבה כמות גדולה של קרינה אלקטרומגנטית נפלטת בבת אחת מאטמוספרת הכוכב. ההתפרצות מלווה לעיתים בפליטה של חלקיקים רבים למרחק רב. גם השמש שלנו מתפרצת מדי פעם, בתדירות שמשתנה לאורך מחזור של כ-11 שנים. הסברה הרווחת היא שההתפרצויות נובעות מהאצה של חלקיקים בעלי מטען חשמלי בשדה המגנטי של הכוכב.

הכוכבים הנפוצים ביותר ביקום הם כוכבים מסוג M, שמכונים גם ננסים אדומים. המסה שלהם אינה עולה על כ-60 אחוז ממסת השמש שלנו, והטמפרטורה שלהם נמוכה מכ-3,600 מעלות צלזיוס. תדירות ההתפרצויות שלהם עולה בהרבה על זאת של השמש שלנו, ועוצמתן גדולה יותר.

בשנים האחרונות רוכזו מאמצים ניכרים למציאת כוכבי לכת שחגים סביב ננסים אדומים. ההתמקדות בהם נובעת הן ממספרם הרב והן מתכונותיהם הפיזיקליות, שמקלות על החיפוש לעומת כוכבים בעלי מסה גבוהה יותר. יחס המסות הקטן יחסית בין כוכב הלכת לבין הננס האדום שסביבו הוא חג, וכך גם יחס הרדיוסים שלהם, מעצימים את השינוי באור המגיע מהכוכב כשכוכב הלכת עובר בינו לבין כדור הארץ, וכך מגדיל את הסיכוי לגלות כוכבי לכת.

בנוסף, מכיוון שעוצמת הקרינה של הכוכב קטנה משמעותית מזו של השמש שלנו, "האזור הישיב" סביב הכוכב, כלומר המרחק ממנו שבו צפויים להימצא מים במצב צבירה נוזלי שמתאים לקיום חיים כפי שאנחנו מכירים אותם, נמצא הרבה יותר קרוב לפני הכוכב. על כן, זמן ההקפה של כוכב לכת כזה ינוע בין ימים בודדים לחודשים ספורים, וגם זה מעלה את הסיכוי לגלות כוכבי לכת.

ואכן, סביב ננסים אדומים רבים נמצאו בשנים האחרונות כוכבי לכת דומים לכדור הארץ, ולעיתים אף מערכות הכוללות כוכבי לכת רבים. למשל סביב הננס האדום פרוקסימה קנטאורי, שהוא הכוכב הקרוב ביותר אלינו, נמצאו כבר שלושה כוכבי לכת כאלה. אולם הקרינה החזקה המלווה את התפרצות הכוכבים עלולה לגרום לכוכבי הלכת שחגים סביבם לאבד את האטמוספרה שלהם, וכך להפחית מאוד את האפשרות לקיום חיים על פניהם.

בנוסף, קרינה על-סגולה חזקה עלולה להשפיע על ההרכב הכימי של האטמוספרה, ולכן להקשות על החיפוש אחר סימני חיים באטסמוספרת כוכב הלכת. למשל, מקובל להניח שקיומו של חמצן מולקולרי (O2) באטמוספרה מעיד בסבירות גבוהה על קיומם של חיים, אך גם קרינה על-סגולה חזקה לבדה יכולה לעודד יצירת חמצן מולקולרי, בלי קשר לתהליכים ביולוגיים כמו פוטוסינתזה.

קרינת ההתפרצות מרוכזת בעיקר בתחום קרני הרנטגן והעל-סגול. טלסקופ החלל הישראלי אולטראסאט, שיצפה בחלל בתחום העל-סגול, יוכל לזהות ולאפיין את תדירות ההתפרצויות הללו ואת עוצמתן, וכך להקל עלינו לאמוד את הסיכוי לקיום תנאים המאפשרים חיים על פני כוכבי הלכת החגים סביב הכוכבים הללו.

כוכב נקרע

חור שחור הוא עצם שהכבידה בקרבתו חזקה עד כדי כך שאפילו אור אינו מסוגל לעזוב את פניו. חור שחור על-מסיבי הוא חור שחור שהמסה שלו נעה בין מאות אלפי מסות שמש למיליארדים רבים. יש ראיות לקיומם של חורים שחורים כאלה במרכזן של גלקסיות רבות. כשכוכב עובר סמוך לחור שחור על-מסיבי, צידו הקרוב אל החור השחור חש משיכה חזקה יותר לעומת צידו השני. התופעה הזאת נקראת "כוח גאות", שכן אותה תופעה גורמת לגאות באוקיינוסים של כדור הארץ בהשפעת כוח המשיכה של הירח.

כשכוכב עובר קרוב מספיק לחור שחור על-מסיבי, כוחות הגאות החזקים הפועלים עליו יגרמו לו להתעוות ולהיקרע לגזרים. התהליך האלים הזה מכונה גם "ספגטיפיקציה", בשל הצורה דמוית הספגטי שהכוכב מקבל כשהוא נמתח לעבר החור השחור. בתהליך הזה חלק מהחומר של הכוכב נבלע בחור השחור, ונפלטת קרינה אלקטרומגנטית עזה.

טלסקופ החלל הישראלי אולטראסאט, שיצפה בשמיים בתחום העל-סגול, צפוי לגלות מספר רב של אירועי גזירה של כוכבים. כך הוא ירחיב את ידיעותינו על אוכלוסיית החורים השחורים העל-מסיביים ביקום, ועל תנועת הכוכבים ליד מרכזי גלקסיות.

אסטרואיד

אסטרואיד הוא גוף קטן שחג סביב השמש. במערכת השמש שלנו מוכרים יותר ממיליון אסטרואידים שמסתובבים ברחביה. גודלם נע בין מטר אחד לאלף קילומטרים. אסטרואידים יכולים להיות עשויים מסלעים וממתכות, ונבדלים זה מזה בהרכבם המדויק. רוב האסטרואידים עשירים בפחמן, אך יש גם כאלה שמורכבים בעיקר מברזל.

אם נבחן את אור השמש המוחזר אלינו מאסטרואיד מסוים בתחום האור הנראה או התת-אדום, לא נדע להבדיל בין אסטרואיד עשיר בפחמן לבין אסטרואיד עשיר בברזל. כדי להבחין בין שתי האפשרויות עלינו לצפות באור המוחזר מהם בתחום העל-סגול. טלסקופ החלל הישראלי אולטראסאט, שיצפה בשמיים בתחום העל-סגול, יוכל לסווג אסטרואידים רבים לפי הרכבם הכימי.