הכוכב ששינה את האסטרונומיה

בדומה לחנוכה שלנו, תרבויות רבות חוגגות סביב הלילה הארוך בשנה תוך שהן מתמקדות באור ואש. מחג המולד או ליל יאלדה האיראני של ימינו, דרך חגים בני אלפי שנים כמו דונגדז׳י (בסין) או סאטורנליה (ברומא העתיקה) ועד לממצאים באתרים פרהיסטוריים כמו סטונהנג׳ באנגליה או AP-CA-18 בברזיל, משחר ההיסטוריה ביקשה האנושות להיזכר באור בזמן שהימים הולכים ומתקצרים. כאשר התייחסו חכמי התלמוד לחגים העתיקים "קלנדא" ו"סטרנורא" למשל, שנחגגו אז לפני ואחרי היום הקצר בשנה (אחד מימי השוויון וההיפוך המכונים בגמרא "תקופה"), מקורם היה כה עתיק עד שהוא יוחס לאדם הראשון ולחששו כי הלילות מתארכים בגלל חטאו:

"קלנדא ח' ימים אחר תקופה, סטרנורא ח' ימים לפני תקופה. [...] לפי שראה אדם הראשון יום שמתמעט והולך אמר - 'אוי לי שמא בשביל שסרחתי עולם חשוך בעדי וחוזר לתוהו ובוהו, וזו היא מיתה שנקנסה עלי מן השמים'" (מסכת עבודה זרה, ח׳, א׳)

לפיכך אולי יש סימליות יפה בכך שהיה זה דווקא חודש כסלו של שנת של״ג, לפני 448 שנה, שבו הופיע בשמיים כוכב "חדש-להפליא" ("סופר-נובה" בלטינית, כפי שנטבע המושג כעבור כ-350 שנה), תוצר של אחד מהמאורעות יוצרי-האור העוצמתיים ביותר המוכרים לנו ביקום. נקודת האור ייצגה קטסטרופה שהתרחשה כ-10,000 שנה קודם לכן במערכת כוכבים מרוחקת, פיצוץ רב עוצמה שבו למשך זמן קצר יכול כוכב אחד להאיר בעוצמה של גלקסיה שלמה המונה מאות מיליארדי כוכבים.

בחושך של חודש כסלו, שנת של"ג, הופיע בשמיים "כוכב חדש". קבוצת הכוכבים קסיופאה בתוספת הכוכב החדש (מסומן באות I) | מקור: עמוד 24 מתוך ספרו של טיכו ברהה

לא הייתה זו הסופרנובה המתועדת הראשונה. זו של 1006 לספירה למשל, מופיעה ברשומות פרסיות, ערביות וסיניות כ"בהירה יותר מרבע הירח". אך לסופרנובה של סוף המאה ה-16, לעומתן, הייתה השפעה דרמטית על תפיסת האדם את היקום, שמהדהדת עד היום.

כוכב נולד

אסטרונומים בכל חצי הכדור הצפוני הופתעו מהכוכב החדש שהפציע בשמי הלילה בנובמבר 1572. תוך ימים מספר התחזקה עוצמתו עד שאפשר היה להבחין בו גם בשעות היום. רק כעבור כמה ימים הוא החל לדעוך באיטיות רבה, ואחרי שנה וחצי כבר היה חלש מכדי להיראות לעין. כוכב חדש זה איתגר את תפיסת היקום מאז העלה אותה אריסטו על הכתב כ-2,000 שנה לפני כן בספרו "אודות השמים".

בתפיסה האריסטוטלית היו גרמי השמים מסודרים על גבי מעגלים שמימיים מושלמים, עשויים חומר בלתי מתכלה שלימים כונה "אתר". מהירח והלאה הכל אמור היה להיות נצחי ובלתי משתנה, וזאת בניגוד למעגל הארצי במרכז, מתחת למעגל הירח, שבו הכל עשוי מחומרים "בני השחתה": מטאורים, כוכבי שביט וכמובן כדור הארץ וכל אשר עליו, נשחק ומתבלה.

לפי התפיסה האריסטוטלית, במעגלים השמיימיים, מהירח והלאה, הכל נצחי ובלתי משתנה. המעגלים השמימיים סביב המעגל הארצי | מקור: הספר Leiden Aratea, שנת 816, דרך Leiden University, wikipedia

האמונה בתפיסת העולם האריסטוטלית היתה מוחלטת כל כך שלאורך ההיסטוריה היא גררה התעלמות ממה שלא התאים לתיאוריה. למשל כוכבים שמשנים את עוצמתם כמו הכוכב אלגול מקבוצת פרסאוס, שעצם שמו ("אל ע'ול" – "השד" בערבית - رأس الغول) מרמז על שטניותו: ה"כוכב" הוא למעשה מערכת של שלושה כוכבים קרובים המקיפים זה את זה. מנקודת מבטנו, אחד משני החיוורים שבהם חולף כל שלושה ימים על פני הבהיר יותר ומעמעם את אורו במידה משמעותית למשך כעשר שעות.

האסטרונומים הערבים ידעו ככל הנראה היטב שאלגול משנה את עוצמתו. באירופה, לעומת זאת, למרות תצפיות כוכבים רבות ומפורטות ולמרות שאלגול הוא כוכב בולט למדי (השני בבהירותו בקבוצת פרסאוס) השתנותו הסדירה לא זכתה להתייחסות או אף להכרה מצד אסטרונומים עד 1667, אז הכריז על כך האסטרונום האיטלקי גֶ׳מִינִיאַנוֹ מוֹנְטַנַארִי (Montanari) ברשומות של האגודה המדעית של בולוניה.

המאה ה-16 הביאה איתה את הרנסנס ופתיחות גוברת לשינויים בכל התחומים. בין השאר התפרסמה עבודתו המהפכנית של קופרניקוס על סיבוביהם של הכדורים השמימיים, שבה הציע כי כדור הארץ אינו במרכז מערכת השמש. ב-1572 יכלה כבר תרבות המערב לשקול באמת את משמעותה של אותה נקודת אור חדשה בשמים.

הכוחות השמרניים עדיין היו בעלי עוצמה. אסטרונומים בולטים כמו חֶרוֹנִימוֹ מוּנְיוֹס (Muñoz) הספרדי למשל סירבו להכיר בכך שמדובר בכוכב חדש. לדבריהם זה חייב היה להיות שביט ללא זנב, או תופעה דומה אחרת מ"המעגל הארצי", שכן ברקיע הכוכבים לא ייתכן שינוי. אחרים כלל לא הטרידו את עצמם בשאלות שכאלה, כמו תומאס אלן (Allen) האסטרולוג הבריטי, שהרגיע את המלכה אליזבת לאחר שקראה לשאול בעצתו לרגל התופעה החדשה (אולי ברוח הבריטית הרגילה של "Keep Calm and Carry On"), או לעומתו ז׳אנג ג׳וּזֶ׳נְג (Juzheng), האסטרולוג הסיני הקיסרי, שטען כי מדובר דווקא באות מבשר רעות מהאלים ונזף בקיסר הצעיר שֶנְזוֹנְג שעליו לשפר את דרכיו ולהתפלל יותר.

אך אסטרונומים אחרים, והבולט ביניהם טיכו ברהה (Brahe) הצעיר מדנמרק, אז בן 26, התעקשו לתהות על קנקנה של התופעה הייחודית. ברהה לא רק ערך מדידות מדויקות בעצמו, אלא גם אסף את מדידותיהם של אסטרונומים אחרים מרחבי אירופה, וקיבץ את התוצאות ואת פרשנותו בעבודתו המונומנטלית לשעתה - De Nova et Nullius Aevi Memoria Prius Visa Stella ("על אודות הכוכב החדש שלא נראה ולא נזכר מעולם"). ברהה הצליח להראות כי לא ייתכן שהכוכב החדש הינו "במעגל הארצי", מכיוון שהוא רחוק יותר מהירח.

ברהה עשה זאת באמצעות תופעה הנקראת פרלקסה (היסט), התזוזה המדומה של חפץ קרוב על רקע חפצים רחוקים כשמשנים את נקודת התצפית. אם נביט למשל באגודל שלנו כשהיד מושטת קדימה ונעצום לסירוגין עין אחת ואז את האחרת, האגודל ייראה כאילו הוא זז ימינה ושמאלה ביחס לעצמים רחוקים ברקע. באופן דומה, גם הירח, הקרוב אלינו יחסית, נראה במיקום שונה על רקע הכוכבים הרחוקים מאיתנו מאד, אם צופים בו משתי נקודות רחוקות מספיק על כדור הארץ. הִיפֶּרְכוֹס היווני מדד כך את המרחק לירח בדיוק מרשים כבר לפני למעלה מ-2,000 שנה. ברהה הראה כי מאחר שלא נראה שינוי במיקום הכוכב החדש יחסית לכוכבים, מכל המקומות שמהם צפו בו, הוא רחוק יותר מהירח.

ברהה מראה שבניגוד לירח, לא נראה שינוי במיקום הכוכב החדש יחסית לכוכבים, מכל המקומות שמהם צפו בו - ולכן הוא רחוק יותר, במעגל השמיימי | מקור: עמוד 34 מתוך ספרו של ברהה

ברהה המשיך וצפה בכוכב במשך 18 חודשים, ותיעד באדיקות את בהירותו ההולכת ופוחתת עד שבמרץ 1574 הפך חיוור מכדי להיראות בעין. 390 שנה יחלפו לפני ששוב תביט עין אדם באותה סופרנובה המוכרת כיום כ-"SN 1572" ובשם החיבה "הסופרנובה של טיכו".

SN 1572 היתה אם כן נקודת מפתח בשבירת תמונת העולם הסטטית של המעגלים השמימיים של אריסטו, אבל מה היה בעצם אותו כוכב שנולד לפתע?

איך מתים כוכבים

משקלם העצמי האדיר של כוכבים מפעיל לחץ אדיר על הליבה שלהם, והיא נדחסת עד כדי שגרעיני מימן המוטחים אלה באלה מתגברים על הדחיה האלקטרומגנטית ההדדית ביניהם, ומתחברים ליצירת גרעינים של אטומי הליום. זהו היתוך גרעיני, תהליך פולט אנרגיה המתרחש גם בפצצת מימן. השמש שלנו, שהיא כוכב בגודל בינוני, מפיקה בכל שניה אנרגיה הגדולה פי 30 מיליון מפיצוץ כל הפצצות הגרעיניות שעל כדור הארץ (לפי ההערכות).

רוב חייהם של הכוכבים עוברים עליהם במצב זה של שיווי משקל בין כוח הכבידה, המפעיל על הכוכב לחץ לקרוס פנימה, לבין האנרגיה הגרעינית המופקת בליבה ודוחפת כלפי חוץ. השמש שלנו, למשל, ממירה בכל שניה כ-600 מיליון טון של מימן להליום כדי לא לקרוס פנימה. המסה העצומה שלה מספיקה להרבה מאד זמן, כ-10 מיליארד שנה, אבל בשלב כלשהו המימן ייגמר. כשלא יהיה אז מה שיתנגד לכוח הכבידה, המשקל העצמי ידחס את ליבת השמש ויעלה את הצפיפות בה, ובעקבות זאת הטמפרטורה תתחמם עוד במיליוני מעלות. כשהטמפרטורה תהיה גבוהה מספיק, גרעיני ההליום יוטחו זה בזה בעוצמה מספקת בכדי להתיך גם אותם, בעיקר לפחמן, ושוב תופק אנרגיה גרעינית הדוחפת החוצה.

בסופו של דבר גם הפחמן יותך כולו, והמשקל העצמי של השמש לא יוכל לספק די אנרגיה לליבה כדי להתיך גם פחמן. ליבת השמש תידחס אז לננס לבן, שיילך ויתקרר, והשכבות החיצוניות ייהדפו החוצה, יהפכו למה שמכונה "ערפילית פלנטרית" ויתפזרו אל החלל הבין-כוכבי (מקור השם, אגב, בטעות היסטורית של אסטרונומים מהמאה ה-18, ואין לערפילית זו כל קשר לפלנטות).

בסוף חייה של השמש, הליבה שלה תידחס לננס לבן, והשכבות החיצוניות ייהדפו החוצה, ויהפכו ל"ערפילית פלנטרית". ערפילית פלנטרית NGC 2818 | מקור: טלסקופ החלל האבל, NASA ו-ESA

בכוכבים שהמסה שלהם גדולה יותר מפי 8 מהשמש, התהליך אלים הרבה יותר . המשקל הגבוה יותר מאפשר להתיך יסודות כבדים יותר ויותר בקצב גדל הולך. אם נדרשו לכוכב כזה מיליוני או עשרות מיליוני שנים להתיך את מלאי המימן שבליבה להליום, יידרשו מאות אלפי שנים להתיך את ההליום לפחמן, כמה מאות שנים להתיך את הפחמן לחמצן, חודשים אחדים להתיך את החמצן לצורן (סיליקון), והצורן יותך לברזל תוך יום אחד בלבד.

ליבה של כוכב מסיבי ברגע שלפני סופרנובה. השכבות אינן לפי קנה מידה ומוצגים רק היסודות הדומיננטיים בכל שכבה | מקור: Core Collapse Supernovae

היום שבו מתיך הכוכב את הצורן שבמרכז הליבה שלו לברזל הוא יומו האחרון. ברזל הוא סוף הדרך עבור הכוכב, כי היתוכו אינה פולטת אנרגיה. עם סיום היתוך הצורן אין עוד לכוכב איך לייצר אנרגיה גרעינית, ונותרה לו פחות משניה אחת עד לסיום חייו: השכבות החיצוניות של ליבת הכוכב קורסות פנימה במהירות של עשרות אלפי קילומטרים לשניה ודוחסות את מרכז הליבה עד שהחלקיקים בה מגיעים לצפיפות גרעינית. כמעט בלתי אפשרי לדחוס חומר מעבר לכך, ושאר הליבה הקורסת מתנפצת על מרכז הכוכב ומושלכת חזרה החוצה בגל הלם עצום.

גל ההלם חולף דרך השכבות החיצוניות והופך את כיוון תנועתן מקריסה פנימה לפליטה החוצה לחלל. הוא מטיח את גרעיני האטומים אלה באלה בעוצמות חסרות תקדים, ובשעות הספורות שבהן חולף גל ההלם דרך כל שכבות הכוכב מותכים בהן חומרים שהכוכב לא היה יכול לייצר במשך כל חייו. חומרים כבדים יותר מברזל.

התהליך הזה לא רק חיוני לנו, פה על כדור הארץ, הוא פשוטו כמשמעו אנחנו. החומרים הבסיסיים המרכיבים את היקום הם מימן והליום, אך כדי ליצור כל מה שסביבנו ואותנו נדרשים חומרים רבים נוספים. ככל הידוע לנו רק סופרנובות (וקרובות משפחתן הקילונובות) אלימות מספיק כדי לאפשר את יצירתם של כל היסודות הכבדים יותר הקיימים סביבנו ובנו. כמעט כל מה שאנו נוגעים בו, כמעט כל מה שאנו עשויים ממנו, היה פעם חלק מתהליך מותו האלים של כוכב. הפיצוץ האדיר לא רק יוצר את החומרים אלא גם מעיף אותם החוצה אל החלל הבין-כוכבי, אל ענני גז שמהם נוצרות מערכות שמש חדשות.

SN 1572

 סופרנובה כפי שתיארנו קודם, שבה הליבה של כוכב קורסת לתוך עצמה, היא הסוג הנפוץ יחסית של סופרנובות, אך הממצאים מראים שהסופרנובה של טיכו שייכת למשפחה מעט שונה, מסוג המכונה 1a.

סופרנובה כזו נוצרת מננס לבן, העשוי פחמן וחמצן שאין לו די לחץ וטמפרטורה כדי להתיך אותם. כשננס לבן כזה מושך חומר מכוכב סמוך וצובר עוד מסה, טמפרטורת הליבה שלו עולה והוא מתקרב לחציית הסף המאפשר היתוך פחמן. ברגע הקריטי שבו נחצה הסף, תוך שניות אחדות עובר חלק גדול מהננס הלבן תהליך היתוך כמעט בו זמני, והאנרגיה הגרעינית המשתחררת כה עצומה שהיא משמידה את הכוכב לחלוטין ומאיצה את הכוכב השני במהירות גבוהה החוצה מהמערכת.

שיטה נוספת ליצירת סופרנובה, כאשר שני כוכבים מקיפים זה את זה | עיבוד של תמונה של NASA

בשנת 2004 התגלה ככל הנראה הכוכב השני מהפיצוץ של 1572, בעודו נמלט במהירות גבוהה ממערכת היחסים הזוגית ההרסנית שכללה שוד והתאבדות. בשנת 2008 סוג הסופרנובה זוהה בוודאות גבוהה בטכניקה המכונה "הד אור" - אור שלא נע בקו ישר מהסופרנובה אלינו אלא הוחזר לכיווננו מענני גז בין-כוכביים. בגלל שאור זה עבר מסלול ארוך יותר, הוא הגיע לכדור הארץ באיחור, וכך קיבלו המדענים של שנת 2008 "מכונת זמן" שאיפשרה להם לצפות ולנתח אור מאותו מאורע שנצפה במאה ה-16. "נס חנוכה" של שנת של"ג נחגג שוב כעבור 436 שנה.

הסופרנובה של טיכו, למעשה, היתה אחד הגורמים שאפשרו ברבות הימים לאנושות לחזור ולחפש אותה. צילום רנטגן (קרינת X) של SN 1572 | מקור: טלסקופ החלל Chandra, 2003.

במשך 400 שנה לא צפה איש בסופרנובה של טיכו, אך התהליך שהתניעה המשיך גם בהעדרה. תפיסת הרקיע הבלתי משתנה של אריסטו נסדקה, וברהה ואסטרונומים אחרים שכללו ודייקו את תצפיותיהם. הרישומים המדויקים איפשרו למשל ליוהנס קפלר, עוזרו של ברהה ויורש מחקריו, להבין שהתאוריות בנות זמנו אודות תנועת כוכבי הלכת שגויות, ולפתח את חוקי התנועה הפלנטרית שנלמדים גם היום, כעבור מאות שנים. הסופרנובה של טיכו, למעשה, היתה אחד הגורמים שאפשרו ברבות הימים לאנושות לחזור ולחפש אותה.

הצילום, מחשיפה שנמשכה 41 שעות, מראה את כדור החומר העצום המתפשט באלפי ק״מ לשניה ויוצר גלי-הלם בגז הבין-כוכבי. הצבעים מקודדים בכדי להראות טמפרטורה: 10 מיליון מעלות (אדום) 30 מיליון מעלות (ירוק), ועד 50 מיליון מעלות (כחול). חומר כה לוהט פולט קרינה באורכי גל קצרים ואנרגטיים בהרבה משאפשר לראות בעין. מצפה הכוכבים הכין גם סרטון קצרצר בן 4 תמונות, שצולמו בהפרש של מספר שנים זו מזו, המדגים את המשך התנועה החוצה של ענן הגז.

סרטון של מצפה הכוכבים, שמראה את ההתפשטות של ענן הגז: