בחיפושי
אחר נושאים לדון בהם ב"חללית" נתקלתי בכתבה במגזין האינטרנטי Science
Daily שכותרתה "אסטרונומים מצאו את הכוכב הזקן ביותר: נוצר מעט אחרי המפץ
הגדול לפני 13.7 מליארד שנה". ההבנה שלי מהכותרת היתה שהכוכב עצמו הוא בן
13.7 מליארד שנה, דבר שהוא בלתי אפשרי לפי כל הידוע לנו כרגע. לא היה לי
זמן לעבור על הכתבה במלואה, ולכן השארתי את העניין למועד מאוחר יותר. בזמן
שהתדיינו לפני התכנית, יעל הילמן ציינה
שקראה מאמר בנייצ'ר שכנראה דיבר על אותו כוכב, אבל שם לא צויין גיל. בשלב
הזה כבר באמת הסתקרנתי. ניגשתי למאמר המקורי בנייצ'ר וגיליתי שאכן, הגיל
כלל לא מופיע. מעבר חוזר על הכתבה הבהיר לי שהכותרת מבלבלת מאוד, ושלמעשה
אין בה טענה על גיל הכוכב, אלא רק על כך שנוצר מעט אחרי המפץ הגדול.
וזה היה יכול להיות רק עוד סיפור על כמה חשוב לדייק בכותרות (מצד העורכים) ולהקפיד לקרוא בעיון (מצד הקוראים), אבל לשמחתי זה לא מסתיים בזה. כי עכשיו שכבר קראתי את המאמר לעומק, התחוור לי שגיל הכוכב הוא כלל לא העניין המרכזי, אלא נושא אחר לגמרי הקשור ביינון מחדש (reionization) של היקום על ידי הכוכבים הראשונים, וברגע שמתעלמים מהכותרת הכתבה דווקא עושה עבודה טובה בלהסביר את המאמר המקורי.
אז קודם כל רקע שנחוץ כדי להבין על מה מדבר המאמר. זה מעט סבוך, אז השתדלו לעקוב, ואשמח לענות על כל שאלה בנושא.
בראשית, היקום היה כל כך דחוס שפוטונים לא יכלו להתקדם יותר ממרחק זעיר לפני שהתנגשו בחלקיק כלשהו (אלקטרון או פרוטון). דבר זה מנע מהאלקטרונים והפרוטונים להצמד ולהפוך לאטום מימן, כך שלמעשה היקום כולו היה מיונן (יון הינו אטום עם מספר לא שווה של אלקטרונים ופרוטונים; במקרה הזה אנו מדברים על יונים של מימן, שהם פשוט הפרוטונים). עם הזמן, היקום התרחב, הצפיפות ירדה, ולבסוף הגיע מצב שבו החלקיקים האלמנטריים יכלו סופסוף להצמד וליצור את אטומי המימן הראשונים. זמן זה נקרא זמן הרקומבינציה (recombination, הרכבה מחדש), ועל פי מיטב ההערכות הוא קרה כשהיקום היה בן בערך 400,000 שנה.
אולם שם דברים לא הסתיימו. היות ואנו יודעים שהיום מרבית הגז הבין כוכבי הוא מיונן, היה צריך לקרות תהליך כלשהו שיינן מחדש את הגז ביקום. תהליך זה של יינון מחדש (reionization) לא יכל לקרות מעצמו, אלא היה צריך מקורות אנרגטיים מספיק על מנת ליינן את הגז. מהם בדיוק אותם מקורות היא שאלה שעליה מנסים לענות חוקרים רבים, ושמספר תיאוריות מנסות לענות עליה. אחת התיאוריות גורסת שהכוכבים הראשונים (המכונים כוכבים מאוכלוסיה III, ושהורכבו כמעט לחלוטין ממימן והליום) הם אלו שייננו מחדש את הגז, אך עם התיאוריה הזו הייתה בעיה עד היום. כוכבים מאוכלוסיה III צריכים היו להיות מסיביים מאוד (בין עשרות למאות מסות שמש, תלוי במודל; כוכבים כאלו לא נצפו עד היום באופן ישיר) ולכן גם קצרי חיים ביותר, ואת חייהם לסיים בסופר נובה. מרבית המודלים הניחו שהסופרנובות האלו היו מאוד אנרגטיות, וכאן הבעיה - סופרנובות כל כך אנרגטיות היו מפזרות יסודות כבדים מסביב מהר מאוד ומונעות יצירה נוספת של כוכבי אוכלוסיה III, ולכן לכוכבים אלה לא יכול היה להיות מספיק זמן כדי ליינן את הגז ביקום.
וכאן נכנס המאמר. קבוצת החוקרים זיהתה כוכב שלו שילוב של מאפיינים יחודיים, שביחד יכולים להצביע על פיתרון לבעיה. ראשית, התצפיות בשילוב עם מודלים מעידות שהגז שממנו נוצר הכוכב הועשר על ידי סופרנובה בודדת מכוכב במסה של כ60 מסות שמש; זה אומר שהכוכב נוצר בשלב מוקדם מאוד, שכן ככל שעובר הזמן הגז היה מועשר מעוד ועוד סופרנובות. שנית, הכוכב אינו מכיל כלל ברזל, דבר שמעיד שהסופרנובה הייתה באנרגיה נמוכה יחסית, בניגוד לציפיות של התיאוריה. הגילוי הזה יכול לרמוז על כך שהכוכבים הראשונים סיימו את חייהם בסופרנובות אנרגטיות פחות ממה שחשבו, ולכן היה להם יותר זמן ליינן את היקום. אם יתגלו עוד כוכבים כאלו, זה בהחלט יכול לשנות את הדרך בה אנו חושבים כרגע על הכוכבים הראשונים, ולהוות צעד חשוב בדרך להבנת היקום המוקדם.
וזה היה יכול להיות רק עוד סיפור על כמה חשוב לדייק בכותרות (מצד העורכים) ולהקפיד לקרוא בעיון (מצד הקוראים), אבל לשמחתי זה לא מסתיים בזה. כי עכשיו שכבר קראתי את המאמר לעומק, התחוור לי שגיל הכוכב הוא כלל לא העניין המרכזי, אלא נושא אחר לגמרי הקשור ביינון מחדש (reionization) של היקום על ידי הכוכבים הראשונים, וברגע שמתעלמים מהכותרת הכתבה דווקא עושה עבודה טובה בלהסביר את המאמר המקורי.
אז קודם כל רקע שנחוץ כדי להבין על מה מדבר המאמר. זה מעט סבוך, אז השתדלו לעקוב, ואשמח לענות על כל שאלה בנושא.
בראשית, היקום היה כל כך דחוס שפוטונים לא יכלו להתקדם יותר ממרחק זעיר לפני שהתנגשו בחלקיק כלשהו (אלקטרון או פרוטון). דבר זה מנע מהאלקטרונים והפרוטונים להצמד ולהפוך לאטום מימן, כך שלמעשה היקום כולו היה מיונן (יון הינו אטום עם מספר לא שווה של אלקטרונים ופרוטונים; במקרה הזה אנו מדברים על יונים של מימן, שהם פשוט הפרוטונים). עם הזמן, היקום התרחב, הצפיפות ירדה, ולבסוף הגיע מצב שבו החלקיקים האלמנטריים יכלו סופסוף להצמד וליצור את אטומי המימן הראשונים. זמן זה נקרא זמן הרקומבינציה (recombination, הרכבה מחדש), ועל פי מיטב ההערכות הוא קרה כשהיקום היה בן בערך 400,000 שנה.
אולם שם דברים לא הסתיימו. היות ואנו יודעים שהיום מרבית הגז הבין כוכבי הוא מיונן, היה צריך לקרות תהליך כלשהו שיינן מחדש את הגז ביקום. תהליך זה של יינון מחדש (reionization) לא יכל לקרות מעצמו, אלא היה צריך מקורות אנרגטיים מספיק על מנת ליינן את הגז. מהם בדיוק אותם מקורות היא שאלה שעליה מנסים לענות חוקרים רבים, ושמספר תיאוריות מנסות לענות עליה. אחת התיאוריות גורסת שהכוכבים הראשונים (המכונים כוכבים מאוכלוסיה III, ושהורכבו כמעט לחלוטין ממימן והליום) הם אלו שייננו מחדש את הגז, אך עם התיאוריה הזו הייתה בעיה עד היום. כוכבים מאוכלוסיה III צריכים היו להיות מסיביים מאוד (בין עשרות למאות מסות שמש, תלוי במודל; כוכבים כאלו לא נצפו עד היום באופן ישיר) ולכן גם קצרי חיים ביותר, ואת חייהם לסיים בסופר נובה. מרבית המודלים הניחו שהסופרנובות האלו היו מאוד אנרגטיות, וכאן הבעיה - סופרנובות כל כך אנרגטיות היו מפזרות יסודות כבדים מסביב מהר מאוד ומונעות יצירה נוספת של כוכבי אוכלוסיה III, ולכן לכוכבים אלה לא יכול היה להיות מספיק זמן כדי ליינן את הגז ביקום.
וכאן נכנס המאמר. קבוצת החוקרים זיהתה כוכב שלו שילוב של מאפיינים יחודיים, שביחד יכולים להצביע על פיתרון לבעיה. ראשית, התצפיות בשילוב עם מודלים מעידות שהגז שממנו נוצר הכוכב הועשר על ידי סופרנובה בודדת מכוכב במסה של כ60 מסות שמש; זה אומר שהכוכב נוצר בשלב מוקדם מאוד, שכן ככל שעובר הזמן הגז היה מועשר מעוד ועוד סופרנובות. שנית, הכוכב אינו מכיל כלל ברזל, דבר שמעיד שהסופרנובה הייתה באנרגיה נמוכה יחסית, בניגוד לציפיות של התיאוריה. הגילוי הזה יכול לרמוז על כך שהכוכבים הראשונים סיימו את חייהם בסופרנובות אנרגטיות פחות ממה שחשבו, ולכן היה להם יותר זמן ליינן את היקום. אם יתגלו עוד כוכבים כאלו, זה בהחלט יכול לשנות את הדרך בה אנו חושבים כרגע על הכוכבים הראשונים, ולהוות צעד חשוב בדרך להבנת היקום המוקדם.
אין תגובות:
הוסף רשומת תגובה