"החוליה החסרה" בהיווצרות חור שחור: השבוע בחלל

כוכב נייטרונים נולד?

אחת המוסכמות באסטרופיזיקה היא שגופים דחוסים מאוד בעלי כבידה חזקה, כמו כוכבי נייטרונים או חורים שחורים, המכונים יחד "עצמים קומפקטיים" נוצרים משאריות החומר של כוכב גדול שהתפוצץ. יש לא מעט ראיות שתומכות בכך, אבל רובן ככולן נסיבתיות לגמרי. כעת מחקר בהובלת חוקרים ממכון ויצמן למדע מספק חיזוק משמעותי לתיאוריה הזו עם תצפית של עצם קומפקטי מייד לאחר סופרנובה.

"אנחנו יודעים שרוב הכוכבים שהמסה שלהם גדולה פי 10-8 מהשמש שלנו יסיימו את חייהם בפיצוץ כזה, ואנו יודעים שרוב הכוכבים האלה נמצאים במערכת כפולה, שבה שני כוכבים חגים זה סביב זה. אנחנו גם יודעים שעצמים קומפקטיים נמצאים במקרים רבים במערכות כפולות, ובסופו של דבר מתנגשים זה בזה ומתמזגים, כפי שהראו בגלאי הגלים הכבידתיים, LIGO", הסביר ראש צוות המחקר, פרופ' אבישי גל-ים ממכון ויצמן למדע. "אז אנחנו יודעים איך נראית המערכת בהתחלת התהליך, באמצע ובסוף, אבל לא מבינים איך התהליך מתרחש ומה קורה במערכת. למשל: איך הפיצוץ של כוכב אחד במערכת כפולה לא גורם לשינוי במסלול של בן זוגו. יש חוקרים שסבורים כי סופרנובה של אחד הכוכבים גורמת להתפרקות המערכת, והעצם הקומפקטי שנשאר נודד בחלל עד שהוא מוצא בן זוג קומפקטי אחר".

התפנית במחקר התחוללה במאי 2022, כשאסטרונום חובב הבחין בסופרנובה חדשה מבחינתנו, בגלקסיית NGC157, המרוחקת 75 מיליון שנות אור מאיתנו. בדרך כלל בסופרנובות כאלה רואים עלייה חדה בעוצמת האור, ואז דעיכה שלו. ד"ר פינג צ'ן (Chen), פוסט דוקטורנט במכון ויצמן למדע שעקב אחרי דעיכת הסופרנובה בטלסקופ של מצפה הכוכבים האירופי הדרומי (ESO) בצ'ילה, הבחין שבמקרה זה הדעיכה לא הייתה רציפה, כצפוי. "היו שינויים מחזוריים בעוצמת האור, שחזרו על עצמם מאות פעמים במחזוריות קבועה של 12.4 יום. זה אחד המאפיינים המובהקים של מערכת כפולה, כשאחד העצמים מסתיר את האחר או מעוות את צורתו", הסביר גל-ים בשיחה עם אתר מכון דוידסון. החוקרים לא הסתפקו בתצפית הזו, אלא גם מדדו בספקטרומטר את הרכב האור של שאריות הסופרנובה, וגילו כי יש בה גורם המכיל מימן, שלא היה בתצפיות הראשונות, והוא מתקרב אלינו ומתרחק מאיתנו באותה מחזוריות. אישוש נוסף התקבל ממדידות של קרינת גמא באמצעות טלסקופ החלל פרמי של סוכנות החלל האמריקאית, נאס"א, שגם היא נפלטת באותה מחזוריות. "המסקנה היא שאחרי הפיצוץ נשארנו עם מערכת שמכילה שני גופים. אחד קומפקטי, שהפעילות שלו פולטת קרינת גמא, והאחר, שלא התפוצץ, הוא כוכב שמכיל מימן, והם ממשיכים לחוג זה סביב זה", אמר גל-ים. במחקר שפורסם בכתב העת Nature השתתפו גם ערן אופק, בועז כץ, דורון קושניר, אלי וקסמן, ברק זכאי, עידו אירני, אמיר שרון ונורה לין סטורטג'והן ממכון ויצמן למדע, אסף חורש מהאוניברסיטה העברית, וחוקרים מארצות הברית, מסין, מאוסטרליה, משוודיה, מגרמניה ומדנמרק.

אחרי הסופרנובה נותרו במערכת הכפולה כוכב רגיל (מימין) ועצם קומפקטי שממשיכים לחוג זה סביב זה. כך זה נראה בעיני אמן | הדמיה: ESO/L. Calçada

"זאת הפעם הראשונה שרואים את המעבר מכוכב מסיבי לעצם קומפקטי באותה מערכת, ובעיני זו ממש פריצת דרך בנושא הזה", סיכם גל-ים. "כתלמיד מחקר הופתעתי לשמוע שזו רק תיאוריה שסופרנובות יוצרות חורים שחורים, והחלטתי שאני רוצה להראות את זה. מאז לא הייתה הרבה התקדמות תצפיתית, אבל הטכנולוגיות החדשות, והגישה למעקב ממושך אחרי הסופרנובה הזו בטלסקופים הענקיים של ESO, אפשרו לנו להגיע לתגלית הזו. יחד עם המחקר הקודם שהוביל צ'ן, העבודה הזו סוללת את הדרך להבין מה קורה אחרי סופרנובה. אני מקווה שהיכולות האלה יאפשרו לנו לפתח דרכים לסווג את הפיצוצים, לדעת איזה סוג של עצם קומפקטי יווצר מכל פיצוץ, ולהבין טוב יותר את המנגנונים שלהם".

גל-ים ציין עוד כי ההצלחה ממחישה את הצורך בהצטרפות של ישראל כשותפה לגופים בינלאומיים כמו ESO. "גישה לטלסקופים הכי מתקדמים היא דבר הכרחי. יש לנו חוקרים מצוינים ומדע חדשני, אבל אנחנו כבר בפיגור אחרי חוקרים ממדינות הרבה פחות חזקות מדעית, שחברות בגופים כאלה". גם טלסקופ החלל הישראלי, אולטראסט, שמפתחים במכון ויצמן למדע ומיועד לשיגור ב-2026, יוכל לסייע במחקרים כאלה בדיוק, משום שהוא מיועד גם לאיתור סופרנובות וגם למעקב רציף אחריהן.

מסופרנובה לעצם קומפקטי – סרטון קצר של ESO הממחיש את המחקר:

אכזבה מרה בדרך לירח

החללית "פרגרין" (Peregine) של חברת אסטרובוטיק מארצות הברית שוגרה השבוע בדרכה לנסות להיות החללית הפרטית הראשונה שתנחת על הירח, והחללית האמריקאית הראשונה שתעשה זאת מאז אפולו 17 ב-1972. השיגור היה גם שיגור הבכורה של הטיל החדש "וולקן קנטאור" של חברת ULA, המשותפת לבואינג ולוקהיד מרטין. הטיל נועד להחליף את הטילים הכבדים הקודמים שלהם, אטלס 5 ודלתא 4, והוא מצויד במנועים חדשים של חברת בלו אוריג'ין. הטיל החדש צלח את המבחן בהצלחה רבה, והציב את החללית במסלול אליפטי סביב כדור הארץ. החללית אמורה לשנות בהדרגה את המסלול בתמרונים של הפעלת המנוע, ולנסות לנחות על הירח ב-23 בפברואר.

ואולם, זמן קצר לאחר הפרדת החללית מהשלב השני של הטיל התברר כי עקב תקלה היא אינה יכולה לסובב את עצמה אל השמש, ולטעון את מצבריה. בהמשך הודיעה חברת אסטרובוטיק כי מהנדסיה הצליחו לסובב את החללית, אבל ככל הנראה דליפת דלק מהחללית גרמה לכך שהיא לא תוכל לכוון עצמה לטעינה במשך המשימה או לתמרונים הדרושים להגעה לירח. "במצב זה שמנו בראש סדר העדיפויות ניסיון להוציא כמה שיותר מידע מדעי מהמשימה", צייצה החברה.

בהמשך אישרה החברה כי מדובר בדליפת דלק, והבהירה כי התקלה נגרמה כנראה משסתום לקוי במיכל הליום, המשמש לדחיסת הדלק והחומר המחמצן המאפשר את הבעירה. "השסתום לא נסגר, וגרם ללחץ גבוה מדי של הליום במיכל המחמצן, מה שגרם לחור במיכל ולדליפת הדלק", הסבירה החברה בציוץ נוסף. החברה נאלצה לוותר על ניסיון הנחיתה, ועדיין לא ברור אם החללית תוכל אפילו להתקרב אל הירח לפני שתאבד את כושר התמרון ובעקבות זאת את אספקת החשמל שלה.

החללית נושאת כ-90 קילוגרם של ניסויים ומכשירים מדעיים, חלקם הגדול של לסוכנות החלל האמריקאית, נאס"א, שגם מימנה חלק גדול מהמשימה, במסגרת תוכנית CLPS לשיגור מטענים וניסויים של הסוכנות לירח בחלליות של חברות מסחריות. כמו כן היא נושאת רכב שטח זעיר שבנו סטודנטים, וחמישה רובוטים קרקעיים של סוכנות החלל של מקסיקו. החללית הייתה אמורה להביא לירח שרידים מאפרם של עשרות בני אדם שביקשו להגיע לשם למנוחת עולמים, בהם סופר המדע הבדיוני ארתור סי קלארק ויוצר "סטאר-טרק" ג'ין רודנברי, וגם כלב אחד.

זה היה הניסיון השלישי להנחית חללית פרטית על הירח, אחרי הכישלונות של SpaceIL הישראלית ושל ispace היפנית, שלפחות הגיעו לירח, והתרסקו בתמרון הנחיתה. ניסיון נוסף צפוי כנראה כבר בחודש הבא, של הנחתת Nova-C של חברת Intuitive Machines, המיועדת לשיגור בטיל פלקון 9 של ספייס אקס. ייתכן שגם חברת Firefly, שהנחתת שלה מבוססת על "בראשית" הישראלית, תנסה לשגר השנה משימה פרטית אל הירח.

התחיל טוב. שיגור נחתת הירח פלגרין על גבי טיל וולקן קנטאור ממרכז החלל קנדי בפלורידה השבוע | צילום: Astrobotic

צעד קטן קדימה, שניים אחורה

לא רק חברות פרטיות מתקשות להתמודד עם אתגר הנחיתה על הירח, אלא גם נאס"א עצמה, שניצבת בפני אתגר גדול ומורכב הרבה יותר – להנחית שוב בני אדם על הלוויין הטבעי שלנו. במסיבת עיתונאים השבוע אישרו בכירי סוכנות החלל את מה שהיה צפוי מראש – עיכובים משמעותיים במשימות של תוכנית ארטמיס. משימת ארטמיס 2, שבה יטוס צוות של ארבעה אסטרונאוטים סביב הירח בחללית אוריון, בלי לנחות עליו, נדחתה מנובמבר השנה לספטמבר 2025. משימת ארטמיס 3, ובה הנחיתה המאוישת הראשונה על הירח מאז 1972, תוכננה לסוף 2025 ונדחתה לספטמבר 2026.

הנימוק לדחייה הוא שיקולי בטיחות, עקב כמה כשלים שהתגלו בחללית. אחת הדאגות העיקריות היא מגן החום של אוריון, שאומנם תפקד היטב בחזרה לאטמוספרה של משימת ארטמיס 1, שלא הייתה מאוישת, אבל בבדיקות התברר כי איבד יותר חומר מהצפוי. המגן הוא שכבה של חומר אבלטיבי, כלומר נשרף בחיכוך עם האטמוספרה, והחלקיקים שמתנתקים ממנו מסלקים חלק מהחום ומונעים התחממות יתר של החללית עצמה. מערכת המילוט שאמורה לפעול במקרה של תקלה בטיל השיגור ולהרחיק ממנו את האסטרונאוטים עדיין לא עומדת בציפיות בניסויים. סוכנות החלל גם בוחנת מערכת חילוץ חדשה למקרה שהצוות יצטרך לצאת במהירות מהחללית עצמה, וכן מרכיבים חדשים במערכות תמיכת החיים באוריון. עיכובים נוספים נובעים מהתקנת מערכות חדשות במתקני השיגור בבסיס החלל קנדי בפלורידה, בהן מערכת תדלוק מהיר.

ואי אפשר גם בלי לדבר על הפיל שבחדר – שלא הוזכר במסיבת העיתונאים – ה"סטארשיפ" של חברת ספייס אקס. החללית הענקית נבחרה להנחית את האסטרונאוטים על פני הירח במשימות הראשונות, וכן לשמש חללית תדלוק במשימות האלה. ניסוי ראשון של הסטארשיפ באפריל 2023 הסתיים בפיצוץ לאחר שהחללית לא נפרדה מטיל השיגור. בניסוי נוסף בנובמבר היא הצליחה להגיע לחלל, אבל התפוצצה שם בלי להשלים את המשימה המתוכננת. כעת מתכננים בספייס אקס ניסוי שלישי בחללית החדשה בחודש פברואר. עיכוב נוסף בפיתוח שלה עלול להביא לדחיות נוספות של המשימות המאוישות לירח. הגוף המקביל בארצות הברית למבקר המדינה, ה-GAO, הזהיר לאחרונה כי העיכובים בפיתוח רכב הנחיתה כמו גם בפיתוח חליפות החלל החדשות של חברת אקסיום, עלולים להביא לכך שהנחיתות המאוישות על הירח לא יצאו אל הפועל לפני 2027.

עדיין יש לא מעט ליקויי בטיחות. הדמיה של חללית אוריון במסלול סביב כדור הארץ | מקור: NASA/ESA/ATG Mediala

צילום רנטגן לשרידי סופרנובה

טלסקופ הרנטגן היפני XRISM, ששוגר בספטמבר 2023, ומופעל בשיתוף פעולה עם נאס"א וגופים אחרים, הניב צילומי מבחן ראשונים של שני עצמים: שרידי סופרנובה וצביר גלקסיות מרוחק. הטלסקופ מיועד לחקור אירועי חלל אלימים, הפולטים קרינה חזקה, ולענות על שאלות הקשורות להרכב החומר ביקום, כמו כיצד התפתחו צבירי גלקסיות, איך התפזר החומר ביקום (בעיית הבַּרְיוֹנִים החסרים) ומהם התהליכים שמאפשרים היווצרות של יסודות חדשים בפיצוץ כוכבים או סופרנובות.

שרידי הסופרנובה שצילם הטלסקופ, N123D, הם אחד ממקורות הרנטגן החזקים בענן המגלני הקטן, גלקסיה סמוכה לשביל החלב שלנו. מדובר בשאריות החומר של כוכב שהתפוצץ לפני כ-3,000 שנה מנקודת הראות שלנו. הטלסקופ גם עשה מדידות ספקטרוסקופיות לניתוח הרכב החומר שלו, ומצא כי הוא מכיל בין השאר סיליקון, גופרית, סידן, ארגון וברזל. מדידות כאלה, מקווים החוקרים, יוכלו לעזור לנו להבין את הרכב החומר שנותר בחלל לאחר פיצוצי כוכבים כאלה, ולשפוך אור על היווצרות היסודות הכבדים בסופרנובות.

אמצעי לחקור את היווצרות החומר בסופרנובות בדיוק חסר תקדים. הצילום של שרידי הסופרנובה N123D והספקטרום של הרכבם הכימי | מקור: JAXA/NASA/XRISM Resolve and Xtend