אירוע סופרנובה עשוי להתרחש בכל עת בגלקסי הבית שלנו

במאמרים שפורסמו לאחרונה, חוקרים העריכו את קצב קריסת ליבות הסופרנובה בשביל החלב ב-1.63 ± 0.46 אירועים למאה. לכן, לאור אירוע הסופרנובה האחרון, SN 1987A נצפתה לפני 35 שנים ב-1987, אירוע הסופרנובה הבא בשביל החלב עשוי להיות צפוי בכל עת בעתיד הקרוב. 

מהלך החיים של א כוכב & סופרנובה  

בסולם זמן של מיליארדי שנים, כוכבים עוברים מהלך חיים, הם נולדים, מזדקנים ולבסוף מתים עם פיצוץ ופיזור לאחר מכן של חומרי כוכבים בין כוכבים שטח כמו אבק או ענן.  

החיים של א כוכב מתחיל בערפילית (ענן אבק, מימן, הליום וגזים מיוננים אחרים) כאשר קריסת הכבידה של ענן ענק מולידה פרוטוסטאר. זה ממשיך לגדול עוד יותר עם הצטברות של גז ואבק עד שהוא מגיע למסה הסופית שלו. המסה הסופית של ה כוכב קובע את חייו וכן מה קורה לכוכב במהלך חייו.  

תעשיות כוכבים להפיק את האנרגיה שלהם מהיתוך גרעיני. הדלק הגרעיני הבוער בליבה יוצר לחץ חיצוני חזק בשל טמפרטורת הליבה הגבוהה. זה מאזן את כוח הכבידה פנימה. האיזון מופר כאשר הדלק בליבה אוזל. הטמפרטורה יורדת, הלחץ כלפי חוץ פוחת. כתוצאה מכך, כוח הכבידה של הלחיצה פנימה הופך להיות דומיננטי ומאלץ את הליבה להתכווץ ולהתמוטט. מה בסופו של דבר כוכב מסתיים לאחר קריסה תלוי במסה של הכוכב. במקרה של כוכבים סופר מסיביים, כאשר הליבה קורסת תוך פרק זמן קצר, היא יוצרת גלי הלם עצומים. הפיצוץ העוצמתי והזוהר נקרא סופרנובה.  

אירוע אסטרונומי חולף זה מתרחש בשלב האבולוציוני האחרון של כוכב ומשאיר אחריו שאריות סופרנובה. בהתאם למסת הכוכב, השריד יכול להיות כוכב נויטרונים או א חור שחור.   

SN 1987A, הסופרנובה האחרונה  

אירוע הסופרנובה האחרון היה SN 1987A שנראה בשמיים הדרומיים לפני 35 שנים בפברואר 1987. זה היה אירוע הסופרנובה הראשון שכזה שנראה בעין בלתי מזוינת מאז קפלר בשנת 1604. ממוקם בענן המגלן הגדול הסמוך (לוויין גלקסיה של שביל החלב), היה זה אחד הכוכבים המתפוצצים הבהירים ביותר שנראו במשך יותר מ-400 שנה, אשר התלקח בעוצמתן של 100 מיליון שמשות במשך מספר חודשים והעניק הזדמנות ייחודית לחקור את השלבים לפני, במהלך ואחרי מותו של כוכב.  

מחקר של סופרנובה חשוב  

מחקר של סופרנובה מועיל בכמה דרכים כמו מדידת מרחקים ב שטח, הבנה של התרחבות עוֹלָם וטבעם של כוכבים כמפעלים של כל האלמנטים שעושים הכל (כולל אותנו) שנמצא ב עוֹלָם. היסודות הכבדים יותר שנוצרו כתוצאה מהיתוך גרעיני (של יסודות קלים יותר) בליבת הכוכבים, כמו גם היסודות החדשים שנוצרו במהלך קריסת הליבה מופצים ברחבי שטח במהלך פיצוץ סופרנובה. הסופרנובות ממלאות תפקיד מפתח בהפצת אלמנטים ברחבי העולם עוֹלָם.  

למרבה הצער, לא הייתה הרבה הזדמנויות בעבר לצפות ולחקור מקרוב את התפוצצות סופרנובה. תצפית מדוקדקת ומחקר של פיצוץ סופרנובה בתוך הבית שלנו גלקסיה שביל החלב יהיה מדהים מכיוון שהמחקר בתנאים האלה לעולם לא יכול להתבצע במעבדות על פני כדור הארץ. מכאן ההכרח לזהות את הסופרנובה ברגע שהיא מתחילה. אבל, איך אפשר לדעת מתי פיצוץ סופרנובה עומד להתחיל? האם יש מערכת התרעה מוקדמת למניעת פיצוץ סופרנובה?  

ניוטרינו, מגדלור התפוצצות הסופרנובה  

בסיום מהלך החיים, כאשר בכוכב נגמרים היסודות הקלים יותר כדלק להיתוך הגרעיני המניע אותו, הדחיפה הכבידתית פנימה שולטת והשכבות החיצוניות של הכוכב מתחילות ליפול פנימה. הליבה מתחילה לקרוס ותוך אלפיות שנייה הליבה נדחסת עד כדי כך שהאלקטרונים והפרוטונים מתאחדים ויוצרים נויטרונים וניטרינו משתחרר לכל נויטרון שנוצר.  

הנייטרונים שנוצרו כך מהווים כוכב פרוטו-נייטרונים בתוך ליבת הכוכב שעליו שאר הכוכב נופל למטה תחת שדה כבידה אינטנסיבי וקופץ לאחור. גל ההלם שנוצר מפרק את הכוכב ומשאיר את שריד הליבה היחיד (כוכב נויטרונים או חור שחור תלוי במסה של הכוכב) מאחורי ושאר מסת הכוכב מתפזרת לבינכוכבי שטח.  

הפרץ העצום של נויטרינו נוצר כתוצאה מבריחה של התמוטטות הליבה הכבידה אל החוץ שטח ללא הפרעה בשל אופיו הלא אינטראקטיבי עם החומר. כ-99% מאנרגיית הכבידה בורחת כניטרינו (לפני פוטונים שנלכדו בשדה) ופועלת כמגדלור למניעת פיצוץ סופרנובה. ניתן ללכוד את הניטרינו האלה על פני כדור הארץ על ידי מצפה הכוכבים של הניטרינו, אשר בתורם פועלים כאזהרה מוקדמת על תצפית אופטית אפשרית של פיצוץ סופרנובה בקרוב.  

הנייטרינים הבורחים מספקים גם צוהר ייחודי להתרחשויות קיצוניות בתוך כוכב מתפוצץ, אשר עשויות להיות השלכות בהבנת הכוחות הבסיסיים והחלקיקים היסודיים.  

מערכת התרעה מוקדמת של סופרנובה (SNEW)  

בזמן הסופרנובה האחרונה של קריסת ליבה (SN1987A), התופעה נצפתה בעין בלתי מזוינת. הנייטרינו זוהו על ידי שני גלאי צ'רנקוב מים, Kamiokande-II וניסוי Irvine-MichiganBrookhaven (IMB) אשר צפו ב-19 אירועי אינטראקציה של נייטרינו. עם זאת, זיהוי של ניטרינו יכול לשמש כמשואה או אזעקה למניעת תצפית אופטית בסופרנובה. כתוצאה מכך, מצפה כוכבים ואסטרונומים שונים לא יכלו לפעול בזמן כדי ללמוד ולאסוף נתונים.  

מאז 1987, אסטרונומיית הניטרינו התקדמה הרבה. כעת, מערכת ההתראה על הסופרנובה SNWatch מופעלת שמתוכנתת להשמיע אזעקה למומחים ולארגונים הרלוונטיים לגבי תצפית אפשרית של סופרנובה. בנוסף, ישנה רשת של מצפה כוכבים נייטרינו ברחבי העולם, הנקראת Supernova Early Warning System (SNEWS) המשלבת אותות כדי לשפר את הביטחון בזיהוי. כל פעילות רגילה נמסרת לשרת SNEWS מרכזי על ידי גלאים בודדים. בנוסף, SNEWS עבר לאחרונה שדרוג ל-SNEWS 2.0 אשר מייצר גם התראות בעלות אמון נמוכה יותר.  

סופרנובה קרובה בשביל החלב   

מצפה כוכבי ניוטרינו הפזורים ברחבי העולם מכוונים לזיהוי ראשון של ניטרינו הנובעים מקריסת ליבת הכבידה של הכוכבים בביתנו גלקסיה. הצלחתם, אם כן, תלויה מאוד בקצב קריסת ליבות הסופרנובה בשביל החלב. 

במאמרים שפורסמו לאחרונה, חוקרים העריכו את קצב קריסת ליבות הסופרנובה בשביל החלב ב-1.63 ± 0.46 אירועים ל-100 שנים; בערך אחת עד שתיים סופרנובות במאה. יתרה מכך, הערכות מצביעות על כך שמרווח הזמן בין הסופרנובה להתמוטטות הליבה בשביל החלב יכול להיות בין 47 ל-85 שנים.  

לכן, בהתחשב באירוע הסופרנובה האחרון, SN 1987A נצפה לפני 35 שנה, אירוע הסופרנובה הבא בשביל החלב עשוי להיות צפוי בכל עת בעתיד הקרוב. כשמצפי הניטרינו מחוברים לרשת כדי לזהות את ההתפרצויות המוקדמות ומערכת ההתרעה המוקדמת המשודרגת של הסופרנובה (SNEW) במקום, המדענים יהיו בעמדה לבחון מקרוב את ההתרחשויות הקיצוניות הבאות הקשורות להתפוצצות סופרנובה של כוכב גוסס. זה יהיה אירוע משמעותי והזדמנות ייחודית ללמוד את השלבים לפני, במהלך ואחרי מותו של כוכב להבנה טובה יותר של עוֹלָם.  

  *** 

מקורות:  

1. הזיקוקים גלקסי, NGC 6946: מה עושים את זה גלקסי כל כך מיוחד? אירופאי מדעי. פורסם ב-11 בינואר 2021. זמין ב http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/the-fireworks-galaxy-ngc-6946-what-make-this-galaxy-so-special/  

2. Scholberg K. 2012. זיהוי ניוטרינו סופרנובה. Preprint axRiv. זמין ב https://arxiv.org/pdf/1205.6003.pdf  

3. חרוסי ס אל, ואח' 2021. SNEWS 2.0: מערכת התרעה מוקדמת של הדור הבא של סופרנובה לאסטרונומיה מרובת שליחים. New Journal of Physics, כרך 23, מרץ 2021. 031201. DOI: https://doi.org/10.1088/1367-2630/abde33 

4. Rozwadowskaab K., Vissaniab F., ו-Cappellaroc E., 2021. על קצב קריסת הליבה סופרנובות בדרך החלב. כרך אסטרונומיה חדשה 83, פברואר 2021, 101498. DOI: https://doi.org/10.1016/j.newast.2020.101498. Preprint axRiv זמין ב https://arxiv.org/pdf/2009.03438.pdf  

5. מרפי, CT, ואח' 2021. עדים להיסטוריה: תפוצת שמיים, יכולת זיהוי ושיעורים של סופרנובות של שביל החלב בעין בלתי מזוינת. הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומית, כרך 507, גיליון 1, אוקטובר 2021, עמודים 927–943, DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/stab2182. Preprint axRiv זמין ב https://arxiv.org/pdf/2012.06552.pdf 

***