מתנת הכוכבים

אחד מימי הקיץ האחרון היה יום מיוחד במונחים אסטרונומיים. באותו יום, 17 באוגוסט, הצליחו מדענים לצפות לראשונה בהתנגשות של שני כוכבי ניוטרונים - הגופים הדחוסים ביותר ביקום, מלבד חורים שחורים. היתה זו התצפית המפורטת הראשונה בתופעה שחזה אלברט איינשטיין לפני כמאה שנים: כאשר משהו משפיע על תנועתו בחלל של גוף מסיבי כגון כוכב, נוצרים גלים ברצף המרחב-זמן.

האישוש לתיאורית "גלי הכבידה" (gravitational waves) של איינשטיין זיכתה את מגליו בפרס נובל לשנת 2017, בעוד שההבזק הקצר שיצרה התנגשות הכוכבים באותו יום באוגוסט העניק לנו משהו בעל ערך גדול יותר: עושר של מידע שמסייע לאסטרונומים להתחקות אחר מוצא היקום והחומרים שמהם הוא נוצר.

ויצמן למדע, בדיקות הקרינה האלקטרו-מגנטית שנפלטה מההתנגשות הכוכבית מסייעת להסביר את מקורם של חומרים כבדים יחסית כגן יוד, אורניום וזהב. כוכב ניוטרונים (neutron star) הוא גוף כבד ביותר למרות גודלו הקטן - קוטרו 10 קילומטרים בלבד - והוא יכול לנוע יחד עם כוכב ניוטרונים אחר כמערכת של צמד כוכבים שמחוללת גלי כבידה. פליטת גלים אלה וסוגים אחרים של קרינה גורמים למערכות של כוכבים לאבד אנרגיה, וכבר מזמן הועלתה ההשערה שצמד של כוכבי ניוטרונים סופם להתקרב עד שיקרסו זה לתוך זה.

לפיכך, כשהופיעו סימנים להתרחשות אפשרית כזו, הכינו את עצמם חוקרים מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה; פרופ' אבישי גל-ים, פרופ' ערן אופק, פרופ' אלי וקסמן וד"ר דורון קושניר, כדי למדוד את טביעות האצבע האלקטרומגנטיות של האירוע.

"גלי הכבידה הראשונים נצפו לראשונה בשנת 2015 כתוצאה מהתנגשות בין שני חורים שחורים - ששדה הכבידה (gravitational field) שלהם כה עוצמתי, עד ששום חומר או קרינה אינם יכולים להשתחרר מהם", אומר פרופ' גל-ים. "כוכבי ניוטרונים, לעומת זאת, הם קצת פחות דחוסים ולכן כשהם מתנגשים הם פולטים גלי כבידה לצד קשת רחבה של פליטה אלקטרומגנטית; קרני גמא, קרני רנטגן, קרינות על-סגול ותת-אדום ואף קרני רדיו. באמצעות איסוף של אותות אלה, למדנו משהו מעניין מאוד אודות היווצרותן של מתכות כבדות, שלהן מאפיין משותף: בגרעיני האטומים שלהן יש שיעור גדול של ניוטרונים ביחס לפרוטונים".

מכיוון שכוכבי ניוטרונים הם, כשמם, עתירי ניוטרונים, הרי שאלו מקומות ביקום שסביר לחפש בהם את מקורן של המתכות הכבדות. תוך שימוש בספקטרוסקופיה, טכניקת מדידה שמנתחת כיצד אטומים קולטים ופולטים סוגים שונים של קרינה, חקר פרופ' גל-ים את הפליטה שהשתחררה מהתנגשות הכוכבים האחרונה ומצא פרופילים ספקטרוסקופיים התואמים למתכות כבדות המוכרות לנו. גילוי זה תומך בהיפותזה לפיה מתכות אלה נוצרו כתוצאה מהתנגשות כוכבים הרחק במעמקי הגלקסיה.

"הקריסה של צמד כוכבי הניוטרונים שבה חזינו התרחשה לפני מאה מיליון שנים, אך בעזרת טכניקות המדידה שמשתפרות כל הזמן, אני מאמין שלא נצטרך להמתין עוד מאה מיליון שנים לפני שנחזה באירוע דומה", הוא אומר. "עד אז, לצוות שלנו במכון ויצמן - ולאסטרופיסיקאים ברחבי העולם - יש הרבה מה ללמוד מההתנגשות האחרונה".

Prof. Avishay Gal-Yam is supported by the Deloro Institute for Advanced Research in Space and Optics, Paul and Tina Gardner, and the European Research Council. He is a recipient of the Helen and Martin Kimmel Award for Innovative Investigation. Prof. Eran Ofek is supported by the André Deloro Institute for Space and Optics Research, Paul and Tina Gardner, and Ilan Gluzman. Prof. Eli Waxman is supported by the Nella and Leon Benoziyo Center for Astrophysics which he heads, the Schwartz/Reisman Institute for Theoretical Physics which he heads; and he is the incumbent of the Max Planck Professorial Chair of Quantum Physics. Dr. Doron Kushnir is supported by the Abramson Family Center for Young Scientists.