אור חדש על התפשטות היקום

מדענים הצליחו לחקור בפעם הראשונה בזמן אמת סופרנובה שצולמה בעזרת עידוש כבידתי, שיטה המשתמשת בעובדה שגופים כבדים מאוד מעקמים את קרני האור. הגילוי שלהם עשוי לסלול את הדרך להבנה טובה יותר של היקום.

כוכבים גדולים מסיימים לעתים את חייהם כשהגרעין שלהם קורס לתוך עצמו במהירות, מה שמוליד פיצוץ אדיר הקרוי סופרנובה. פיצוץ כזה יכול להאיר כמו גלקסיה שלמה, ולכן הוא נראה למרחוק, גם בקנה מידה קוסמולוגי. המדענים מחלקים את הסופרנובות לכמה סוגים, ואחד מהם, 1a, מאופיין בעוצמת פיצוץ אחידה. העובדה הזו מאפשרת להשתמש בו כמעין סמן למדידת מרחקים ביקום. אם אנו יודעים שהפיצוצים האלה זהים, אבל רואים אותם מכאן בעוצמה אחרת, אנו יכולים לחשב את המרחק שלהם.

מחקר סופרנובות דורש תגובה מהירה יחסית, בקנה מידה של תכנון תצפיות אסטרונומיות. לעיתים סופרנובות מזוהות בצילומים אסטרונומיים ישנים, אבל כשהן מזוהות בזמן אמת, עומדים לרשות החוקרים רק כמה שבועות לנסות לצפות בהן ולצלם אותן, כדי לחקור את המאפיינים שלהן.

במחקר המתפרסם בכתב העת Science, החוקרים משבדיה, ארצות הברית, ישראל, בריטניה ויפן, מדווחים על סופרנובה נדירה שזוהתה בספטמבר 2016 בסקר השמיים פלומר (intermediate Palomar Transient Factory), מערך טלסקופים ומחשבים הסוקר את השמיים ומחפש אחר שינויים. הסופרנובה, שקיבלה את השם iPTF16geu, נראתה בהירה בהרבה ממה שהיא אמורה להיות. הסיבה לכך, חשדו החוקרים, היא תופעה המכונה עידוש כבידתי, שבה גרמי שמיים ענקיים יוצרים מעין טלסקופ טבעי.

הגדלות של הסופרנובה. בריבוע הימני רואים את ארבע התמונות שלה מסודרות במעגל | צילום: ESA/Hubble, NASA, Sloan Digital Sky Survey, Palomar Observatory/California Institute of Technology

אחת ההשלכות של תורת היחסות הכללית של איינשטיין הייתה התובנה שגופים כבדים במיוחד מעוותים את המרחב-זמן, ולכן הם עשויים לעקם קרני אור. כשגוף גדול מאוד, כמו גלקסיה, נמצא בינינו לבין גרם שמימי מסוים, הוא עשוי לכופף את האור המגיע ממנו, ואז לרכז אותו שוב בצד שלנו, כמו עדשה, כך שהגרם השמימי ייראה לנו גדול מגודלו האמיתי.

כדי לבדוק אם אכן מדובר בסופרנובה שנראית מוגדלת בעידוש כבידתי, כיוונו אליה החוקרים שניים מהטלסקופים המרכזיים בעולם כיום: טלסקופ "קק" (Keck) בהוואי שהוא הטלסקופ הגדול ביותר כיום וטלסקופ החלל "האבל" (Hubble). התצפיות שלהם העלו כי אכן מדובר בסופרנובה מסוג 1a, שהתרחשה במרחק עצום – 4.3 מיליארד שנות אור. בגלל המאפיינים הפיסיקליים של המערכת, מה שמתקבל בתצלומים אינו תמונה "רגילה" של הסופרנובה, אלא ארבע תמונות סמוכות שלה, סביב מיקומה של הגלקסיה הגורמת לעידוש הכבידתי, כפי שאפשר לראות בסרטון של סוכנות החלל האירופית המסביר את התופעה:

למדוד את התפשטות היקום

אחד החוקרים השותפים לסקר פלומר הוא ד"ר ערן אופק מהמחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה במכון ויצמן למדע, שגם היה בין כותבי המאמר, עם מדען הסגל ד"ר עופר ירון. "זו הפעם הראשונה שאנו רואים סופרנובה 1a בעידוש כבידתי בזמן אמת", מסביר אופק. "אם נראה עוד כאלה בעתיד, נוכל להשתמש בתופעה לביצוע חישובים פיסיקליים".

לדברי אופק, מדידות מדויקות של הפרשי הזמן שבהם אנו רואים בשמיים את ארבע התמונות של הסופרנובה יכולות לאפשר מדידה ישירה של קבוע האבל, הקבוע שחישב האסטרונום האמריקאי אדווין האבל (שעל שמו קרוי טלסקופ החלל) ומשקף את קצב ההתפשטות של היקום. "כיום מחשבים את הקבוע הזה בעזרת אומדן של מרחקים גלקטיים או על פי קרינת הרקע הקוסמית, אבל מדידה של הפרשי הזמן שלוקח לאור של סופרנובות כאלה להגיע אלינו, תאפשר לחשב את הקבוע הזה ישירות ולהצליב את המידע על גיל היקום עם זה שהתקבל בשיטות אחרות".

שיטה חדשה לחשב את קצב ההתפשטות של היקום. ד"ר ערן אופק עם תמונות הסופרנובה | צילום: איתי נבו

סופרנובה iPTF16geu היא ככל הנראה אחד מהגופים הקטנים ביותר שנראו עד כה בעזרת עידוש כבידתי. הגילוי הזה מאפשר לחוקרים לפתח טכניקות יעילות יותר בשימוש בשיטה, לחשב בדיוק רב יותר את הטיית האור בעזרת כבידה, ובאופן כללי – להגדיל את אפשרויות השימוש בעידוש כבידתי במחקרים קוסמיים. כך למשל, מידע על האופן שבו הגלקסיה המעדשת מכופפת את האור, יכולה לחשוף מידע גם על מבנה הגלקסיה עצמה, אף שאנו לא יכולים לראות אותה.

כדי להגדיל את הסיכוי למצוא עוד סופרנובות כאלה בזמן אמת, מנסים אופק ועמיתיו להגדיל את כוח החיפוש של סקר פלומר, באמצעות שכלול המצלמות ושיפור האלגוריתמים של חיפוש השינויים. סופרנובות לא רק משמשות במדידת היקום, הן גם המקור לרבים מהיסודות שמאפשרים את קיום החיים על כדור הארץ, ואולי גם במקומות אחרים. לכן חקר הפיצוצים הקוסמיים האלה הוא אחד התחומים החשובים באסטרופיסיקה כיום. "זו תקופה מאוד פורייה במחקר סופרנובות", מסכם אופק "והן מסייעות לספק את הסקרנות שלנו".