איפה הן, הצעירות ההן?

חלק חשוב במחקר בתחום הקוסמולוגיה הוא ללמוד על התפתחות הגלקסיות. מכיוון שאיננו יכולים ליצור לנו יקום קטן במעבדה ולראות מה באמת קורה, ומצד שני איננו יכולים גם לשבת ולצפות בגלקסיה מסוימת ולחכות ולראות מה קורה לה (מכיוון שמדובר בתהליך של מליארדי שנים), אין לנו ברירה אלא להסיק את ההתפתחות הזו מתוך צפייה בכמות גדולה של גלקסיות - אם נצפה במספיק גלקסיות, כל אחת בשלב אחר של ההתפתחות, אנחנו מקווים שזה יוכל ללמד אותנו על שלבים ותהליכים בהתפתחות. אך בשביל לעשות את זה, עלינו לצפות בכמה שיותר גלקסיות, וסכמה שיותר שלבי התפתחות, כולל המוקדמים ביותר - וזו בעיה.
זו בעיה מכיוון שככל שהיקום מזדקן, הוא גם מתרחב, והתנאים משתנים, ובנוסף החומר הבראשיתי ממנו נוצרות הגלקסיות (מימן והליום) הולך ונבלע לתוך גלקסיות אחרות, כך שככל שהיקום זקן יותר הסיכוי שתיווצר גלקסיה חדשה הולך וקטן. פועל יוצא מזה הוא שבשביל לצפות בגלקסיות צעירות מאוד, עלינו להסתכל ליקום המוקדם מאוד, וזה אומר להסתכל רחוק מאוד; דבר לא קל, במיוחד בהתחשב בעובדה שגלקסיות צעירות הן לרוב קטנות יותר.

DDO 68 - אפשר לשאול בת כמה את?

בהינתן כל ההקדמה הזו, לא פלא שיש התרגשות קלה סביב הגלקסיה DDO 68 (או UGC 5340, היא עונה לשני השמות). הגלקסיה, שמסתה המשוערת היא כ400 מליון מסות שמש (בערך פי 1000 פחות משביל החלב), נראית על פי כל הסימנים שיש לנו כרגע כצעירה מאוד - ההרכב הכימי שלה, על פי מה שראינו עד עכשיו, מורכב ממעט מאוד מתכות, מה שאומר שלא הרבה כוכבים הספיקו להבשיל ולמות ולהפיץ את המתכות שנוצרות בהם ברחבי הגלקסיה. זה כבר הופך אותה למועמדת מעניינת, אבל מה שבאמת מעניין בה הוא המרחק שלה - כ39 מליון שנות אור. זה אולי נשמע כמו הרבה, אבל ביחס למרחקים אליהם אנחנו נאלצים לצפות כדי לראות גלקסיות צעירות כל כך (כמה מליארדי שנות אור, בד"כ), זה ממש כלום.

טלסקופ החלל האבל

כפי שציינתי, זה כמובן גורם להתלהבות, אך גם לסקפטיות, כפי שניתן לצפות מקהילה מדעית סביב תגלית חדשה. ישנם מדענים שחושבים שהגלקסיה אינה צעירה כפי שהיא נראית, ושתצפיות מעמיקות יותר יאפשרו לנו לראות אור מכוכבים זקנים יותר או להיווכח שבגלקסיה יש יותר מתכות ממה שאנו חושבים כרגע. לשם כך הוקצו שעות תצפית של טלסקופ החלל האבל, שצפה בגלקסיה ואסף אליו את האור שמגיע ממנה. כרגע המידע שנאסף נמצא בניתוח, וכאשר יסיימו למצוא את המודל המתאים לגלקסיה, נוכל לדעת האם אכן מדובר בגלקסיה צעירה בחצר האחורית שלנו, או בגלקסיה מבוגרת שמסתירה את גילה היטב.

למעוניינים - קישור לסרטון קצר ויפה שמראה את הגלקסיה החדשה בתמונה של האבל.

הבטחות יש לקיים! או - ספארקי, התינוקת העצומה

שלשום בתכנית החללית חרגנו מהזמן, ולכן לא הספקתי להעביר את אחד האייטמים שהכנתי, והבטחתי לכתוב עליו כאן. ובכן, אני לרוב אני מקיים הבטחות, גם אם זה לוקח לי זמן! (כן, יש עוד שאלה שהבטחתי לענות עליה, ואגיע אליה. באמת!)
ובכן, לעניין. האייטם שהכנתי לתכנית עוסק בגילוי של גלקסיה שנמצאת בשלב מאוד מוקדם בתהליך ההווצרות שלה. הגלקסיה, שמכונה ספארקי (Sparky), התגלתה ביקום המוקדם (לפני כ11 מליארד שנה), והיא מאוד מסיבית וצפופה ביחס לזמן המוקדם הזה - יש בה פי שניים כוכבים מאשר בשביל החלב, וכל זה באיזור שקוטרו קטן משמעותית מזה של שביל החלב (כ6000 שנות אור בספארקי לעומת כ100,000 שנות אור בשביל החלב). בנוסף לזה, היא מייצרת כוכבים בקצב מטורף, גבוה עד פי שלושים מזה של שביל החלב (ולכן הכינוי Sparky, מלשון ניצוצות). גלקסיה צפופה כל כך לא יכולה להווצר ביקום היום, מכיוון שהוא הרבה פחות צפוף ממה שהיה אז. אם זה לא מספיק, ככל הנראה היא יצרה כוכבים בקצב גבוה לפחות מליארד שנה לפני הזמן שבו אנו רואים אותה, ובחלק מהזמן אף בקצב גבוה משמעותית ממה שאנו רואים כיום.

אילוסטרציית אמן שמציגה את שמי הלילה בספארקי

למרות כמות הכוכבים שבה, ספארקי מאוד חיוורת, והיה צורך להיעזר בתצפיות ממגוון של טלסקופים, כולל טלסקופי החלל האבל ושפיצר, ועוד כמה מהטלסקופים הגדולים והמשוכללים ביותר, על מנת לזהות אותה ולאבחן את התכונות שלה בצורה מדוייקת. שימוש בכל כך הרבה מקורות הוא כלל לא פשוט, וזה מרשים. גלקסיות שיוצרות הרבה כוכבים יוצרות גם הרבה אבק, ולכן היה קשה מאוד למצוא את הגלקסיה הזו; עצם זה שמצאו אותה זו תגלית, מכיוון שלא ראו גלקסיה כזו בעבר, ויתכן ויש עוד הרבה גלקסיות כאלו שמוסתרות יותר על ידי האבק ולכן אנחנו לא יכולים לראות אותן. זה משמעותי מכיוון שגלקסיה שכבר בשלב צעיר כל כך יש לה כל כך הרבה כוכבים, מרבית הסיכויים שתגדל להיות גלקסיה אליפטית ענקית, שביקום של היום תהיה כמעט ללא יצירת כוכבים. ההנחה הבסיסית עד היום הייתה שבגלקסיות כאלה תמיד יהיה גרעין גלקטי פעיל (AGN, חור שחור סופר מסיבי שנופל אליו המון גז ובעקבות כך פולט המון קרינה) שיחמם את הגז וימנע קצב יצירת כוכבים גבוה לאורך זמן, אולם כאן לא נצפה AGN וכמו כן יש עדויות ליצירת כוכבים בקצב גבוה ולאורך זמן, מה שאומר שככל הנראה יש דרך נוספת שבה הגלקסיות הענקיות האלה יכולות להתפתח.
זה שלא רואים בגלקסיה AGN זה מסקרן מאוד. בשביל שגלקסיה תוכל ליצור כוכבים בקצב כל כך גבוה לאורך זמן חייבת להיות לה אספקת גז שוטפת, כלומר שיש גז שנופל אליה כל הזמן. עם כמות כזו של גז, הציפייה הסטנדרטית היא שחלק ממנו יפול למרכז הגלקסיה, היכן שנמצא החור השחור, וזה אמור להצית את המצב הפעיל של גרעין הגלקסיה ולשחרר קרינה. משהו מונע מהגז ליפול אל החור שחור; יתכן שהכמות הגדולה של הכוכבים הצעירים משחקת כאן תפקיד, ושהקרינה מהם מונעת מהגז ליפול ממש עד למרכז. בכל מקרה, מדובר בתגלית שמשנה את החשיבה שלנו על הווצרות גלקסיות מאסיביות, ואין ספק שכעת יהיה מאמץ למצוא גלקסיות נוספות כמו ספארקי.

שאלה מהקהל - הסחה לאדום בגלקסיות

במהלך שהותי במילואים הגיעה לעמוד שאלה מאת רוני קובלסקי (ואני מקווה שאייתתי את זה נכון), שלטעמי היא שאלה חשובה ושניתן ללמוד ממנה הרבה. רוני היה נחמד מאוד והסכים שאפרסם את השאלה שלו ואענה עליה בפומבי. תודה רוני!

השאלה:
איך משפיעים החומר האפל או/ו האנרגיה האפלה על היסט הדופלר של הגלקסיות? אם החומר האפל מספיק מסיבי בכדי להוסיף מהירות זוויתית, האם אותו חומר אפל לא מוסיף גם כמות נכבדה להיסט לאדום? האם יכול להיות שגלקסיות רחוקות יותר ועתיקות יותר מכילות יותר חומר אפל?

התשובה:
לפני שאוכל להתייחס לשאלה עצמה, כדאי שאסביר את המושגים בהם אשתמש במהלך הרשומה הזו (והם יכנסו לאחר מכן למילון המושגים).
ראשית מעט על מה זה בכלל הסחה לאדום - כשמדברים על קרינה אלקטרומגנטית כמו אור נראה, יש לה תדירות מסוימת. ישנם אפקטים מסוימים שיכולים לגרום לתדירות של הקרינה להשתנות, לזוז במעלה או במורד הספקטרום. כאשר הקרינה מוזזת לתדירות נמוכה יותר, זה מכונה הסחה לאדום (כיוון שאור אדום הוא בתדירויות הנמוכות של הספקטרום הנראה; כך שאם מזיזים אור נראה כלפי מטה מקבלים אור אדום יותר). בצורה דומה, הסטה לתדירות גבוהה יותר מכונה הסחה לכחול.

הסחה לאדום של ספקטרום. משמאל - הספקטרום המקורי. מימין - הספקטרום לאחר ההסחה. כפי שניתן לראות, הקווים נעו לכיוון האדום.

כפי שציינתי, יש מספר אפקטים שיכולים לגרום להסחה לאדום/כחול. המוכר שבהם הוא אפקט דופלר - כאשר מקור הקרינה נע ביחס לצופה, הדבר גורם ל"כיווץ" של הגלים, ועל כן הצופה מקבל את הקרינה בתדירות גבוהה יותר  - כלומר שיש הסחה לכחול. בצורה דומה, כאשר המקור נע הרחק מהצופה, הקרינה מוסחת לאדום. אפקט זה לא מוגבל לקרינה, כמובן, אלא תופס לכל מקור של גלים. אחת הדוגמאות המפורסמות ביותר היא של גלי קול - כאשר מכונית מתקרבת לעברכם תדירות הקול שאתם שומעים גדלה, בעוד שכשהיא מתרחקת התדירות יורדת. על כן המכונית נשמעת שונה כאשר היא נעה לעברכם מאשר כאשר היא נעה אתכם או הרחק מכם.
אפקט נוסף שיכול לגרום להסחה לאדום הוא הסחה לאדום כבידתית, וזה האפקט שרוני התייחס אליו. מדובר באפקט שנובע מיחסות כללית, שקובע שאור מושפע מכבידה, וכאשר אור יוצא מבאר כבידה התדירות שלו צריכה לקטון - כלומר שיש הסחה לאדום. בצורה דומה, כאשר האור יורד במורד באר כבידה, התדירות שלו מוסחת לכחול.

הסחה לאדום כבידתית - ככל שהאור מתרחק ממרכז באר הכבידה (כוכב, במקרה הזה), הוא מוסח לאדום, אם כי האפקט מוגזם בתמונה על מנת שניתן יהיה לראות את ההבדל.

כעת ניתן לחשוב בצורה מסודרת על השאלה של רוני, וגם לענות עליה. אנו יודעים שלפי תאוריית המפץ הגדול והתרחבות היקום, ככל שגלקסיה רחוקה יותר, היא גם נעה במהירות גדולה יותר מאיתנו. זה אומר שככל שגלקסיה רחוקה יותר, ההיסט שלה לאדום יהיה גדול יותר, ולכן אם נוכל למדוד קרינה שמקורה בגלקסיה שאנו בוחנים ושאנחנו יודעים מה אמורה להיות התדירות שלה במקור, נוכל לגלות את מרחק הגלקסיה על פי ההסחה לאדום שלה. זה אכן מה שעושים, באמצעות מה שנקרא "נרות סטנדרטיים" (מקורות קרינה שהם כל כך אחידים שאנחנו מכירים את הספקטרום שלהם מצוין, ולכן יכולים לדעת בדיוק טוב מה ההסחה לאדום שלהם). אבל גלקסיות יושבות בתוך הילות של חומר אפל, שמסיביות הרבה יותר מהגלקסיות עצמן. רוני שואל האם לא יתכן שההסחה לאדום שאנו מודדים היא למעשה אפקט של האור שנחלץ מבור הכבידה של הילת החומר האפל?
ובכן, האפקט הזה קיים, אבל הוא לא גדול ביחס להסחה לאדום שנובעת מאפקט דופלר (כלומר מהמהירות של הגלקסיות ביחס אלינו), ונלקח בחשבון כאשר מחשבים את המרחקים של הגלקסיות. יש לזכור שגם אנחנו יושבים קרוב למרכז של הילת חומר אפל, ולכן האור עובר הסחה לכחול כשהוא מגיע אלינו, אפקט שמבטל חלק מההסחה לאדום שנוצרת בזמן הבריחה שלו מההילה ממנה יצא. בנוסף, כאשר יש מספר דרכים לחשב את ההסחה לאדום (למשל, אם יש מספר מקורות קרינה מאותה גלקסיה), ניתן לכייל טוב יותר את האפקט שיוצרת ההסחה לאדום הכבידתית, כך שבסופו של דבר אנו די בטוחים במדידות המרחקים שלנו, בוודאי שמספיק בשביל שלא יהיה סביר שכל מה שאנחנו חושבים על היקום שגוי ולמעשה הגלקסיות שנראות לנו רחוקות יותר הן פשוט מסיביות יותר. :)



אני רוצה לחזור לנקודה האחרונה של רוני, אך מכיוון אחר. את השאלה הזו ניתן לשאול מבלי קשר להסחה לאדום הכבידתית, ולמעשה היא נשאלת כל הזמן- הקשר בין גיל הגלקסיה למסה שלה הוא קשר בסיסי שאנחנו מנסים להבין בצורה טובה יותר כל הזמן, והוא לא פשוט. יש כאן מספר דברים מעט מבלבלים שצריך לשים אליהם לב - גלקסיות שאנחנו רואים רחוקות מאוד הן אמנם גלקסיות שהיום הן גלקסיות זקנות, אבל אנחנו רואים אותן בזמן מוקדם, ולכן צריך לשפוט את הגיל שלהן ביחס לגיל של הגלקסיות שמסביבן. באופן כללי, לא נהוג לדבר על הגיל של גלקסיות היום אלא על הגיל שלהן בזמן שרואים אותן, מכיוון שאין אפשרות לראות איך הן נראות כיום. גלקסיות שרואים אותן בזמן מוקדם הן ככל הנראה צעירות בהרבה מגלקסיות שרואים כיום, אך יתכן שביחס לסביבה שלהן הן זקנות.
אם כן, ההבנה הנוכחית שלנו בנושא קובעת שגלקסיות צוברות עוד מסה ככל שהן מזדקנות, אולם שבממוצע, גלקסיות ביקום המוקדם הן בעלות פחות מסה מגלקסיות היום. האם גלקסיות בגיל זהה אז והיום הן בעלות מסה זהה? ובכן, זה נושא פתוח שנמצא בויכוח תמידי. יתכן ואמצא עדכונים בנושא בעתיד ואביא אותם כאן (או בעמוד הפייסבוק). הישארו בהאזנה!

חייהם ומותם של הכוכבים הראשונים

לפני כמה שבועות הרצה בסמינר המחלקתי ד"ר דן וויילן הרצאה שהוא נתן לה את הכותרת "למצוא את הפיצוצים הגדולים ביקום". ההרצאה התמקדה בכוכבים ראשוניים והפיצוצים שלהם. כוכבים ראשוניים (אוכלוסייה III) הם כוכבים ענקיים שנוצרו מוקדם מאוד וחיו זמן קצר מאוד. הם הכוכבים הראשונים שנוצרו ביקום, ולכן חומרי הבנייה היחידים שהיו להם הם מימן והליום (ואלקטרונים חופשיים), מה שחייב אותם להיות מאוד גדולים (25-500 מסות שמש, ואולי אף יותר!) בשביל להתחיל היתוך גרעיני, דבר שבתורו דן אותם לחיים קצרים (2-3 מליון שנים, הרף עין ביחס לחיי כוכבים של היום) לפני שהתפוצצו כסופרנובות. מכיוון שהם מורכבים רק ממימן והליום, הסיכוי שיש כאלו ביקום של היום הוא קלוש עד אפסי, מה שאומר שצריך לחפש אותם ביקום המוקדם - אבל זה רחוק מאוד, ולכן לא ניתן יהיה לזהות כוכבים בודדים באף טלסקופ שמתוכנן כרגע (כולל אלו שמתוכננים לעוד יותר מעשור). מה שכן ניתן לזהות זה את הסופרנובות כשהם מתפוצצים, ומהן אולי ללמוד על הכוכבים עצמם.

ערפילית הסרטן, שהיא שארית מסופרנובה

למרות שיש רק מימן, הליום, ואלקטרונים חופשיים, יש מעל 400 אינטראקציות חופשיות, דבר שהופך כל נסיון לעשות סימולציות של הכוכבים הראשונים למסובך מאוד. זה קצת פחות נורא מאיך שזה נראה על פניו, כי לא כל האינטראקציות משמעותיות באותה מידה בכל מצב, ולכן ניתן להסתפק בכ90-100 אינטראקציות, שמהן רק חלק מופעל בכל מצב, אבל זה עדיין מסובך מכדי שניתן יהיה למדל את זה בדיוק מלא. בנוסף, מכיוון שהם חיו ביקום המוקדם, אנחנו לא יכולים לראות אותם ישירות ככוכבים בודדים, מה שאומר שאנחנו לא יכולים ללמוד עליהם מתצפיות ישירות. כל זה מוביל לכך שההבנה שלנו להווצרות ומהלך החיים שלהם עדיין לוקה מאוד בחסר. עם זאת יש דברים שאנחנו מצפים להם.
נקודה אחת שקשורה לכך היא שאף תהליך איבוד מסה בכוכבים שמוכר לנו (כמו רוח סולרית) לא צפוי לפעול במקרה של כוכבים ראשוניים, ולכן כאשר הם מתפוצצים הם מכילים את כל המסה שספחו במהלך חייהם הקצרים. העובדה הזו אומרת שכשכוכב כזה מסיים את חייו ומתפוצץ, המידע שמתקבל מהסופרנובה יכול לשפוך אור על מהלך ההתפתחות שלו.

הכוכבים הראשונים לפי דמיונו של אמן

דבר נוסף שאנו מצפים לו הוא שבכל גלקסיה נוצר כוכב אחד כזה, או לכל היותר כמה כוכבים בודדים. הסיבה לכך היא שבשלב כל כך מוקדם של היקום הגלקסיות (אם ניתן לקרוא להן כאלה, שכן עוד אין להן כוכבים) קטנות מאוד, ולכן רק במרכזן יש סביבה דחוסה מספיק בשביל שבעירה גרעינית תוצת. מצד שני, הכוכבים האלה חיים כל כך מעט זמן, ומתפוצצים בכזו עוצמה, שהרבה לפני שחלקים אחרים בגלקסיה מספיקים להתכווץ וליצור כוכבים ראשוניים נוספים, הם כבר מועשרים במתכות מהסופרנובה של הכוכב הראשון. הסיבה שיתכנו כמה כוכבים כאלה היא שישנם תהליכים שגורמים לדסקה הראשונית של הגלקסיה להתפרק למספר גושים שיכולים להיות צפופים מספיק כדי להתחיל היתוך, אבל גם אז מדובר לכל היותר במספר כוכבים קטן.
בכוכבים הראשונים יש כל מיני תופעות מאוד מעניינות, שלא קיימות בכוכבים אחרים. למשל, יש תחום מסות שבו הכוכבים האלו מתפוצצים לחלוטין, ולא משאירים מאחוריהם חור שחור או כוכב ניוטרונים. זה דבר שאנחנו לא מכירים בכוכבים אחרים, שלא יכולים להגיע למסות כאלה. דבר נוסף שייחודי לכוכבים כאלה הוא שיש מצבים בהם אלמנטים כבדים נלכדים בחור השחור או כוכב הניוטרונים במרכז הסופרנובה ולכן לא משתחררים לגז הבין כוכבי (כמובן, זה לא קורה בתחום המסות שבו אין כוכב ניוטרונים או חור שחור). עוד דבר אחד קשור להיווצרות הדור הבא של הכוכבים - יתכן וישנם גושים של מימן מסביב לכוכבים הראשונים, וזה עלול להוביל למצבים בהם חלק מהמתכות שעפות מהסופרנובה נלכדות בעננים האלה, מה שבתורו יכול לגרום להם להתקרר וליצור כוכבים חדשים מדור ב' מהר מאוד אחרי מות הכוכב הראשוני.

מודל ממוחשב של טלסקופ החלל ג'ימס ווב (JWST)

כפי שצויין למעלה, את הכוכבים הראשונים עצמם אנחנו לא מצפים לראות, אבל הסופרנובות שלהן בהחלט אמורות להיות נראות, ויכולות ללמד אותנו לגבי הכוכבים עצמם. לקראת סוף ההרצאה ד"ר ויילן דיבר מעט על משימות עתידיות שבזכותן נוכל בתקווה לחקור את הסופרנובות האלה - JWST ו-WFIRST. הראשון הוא טלסקופ החלל ג'יימס ווב, הטלסקופ העצום שנאס"א מתכננת לשלוח בעוד כמה שנים ושאמור להחליף את טלסקופ האבל (ושהזכרתי אותו כאן). השני הוא טלסקופ שמיועד להיות משוגר כמה שנים מאוחר יותר ולהיות הפרוייקט הגדול של נאס"א אחרי JWST. הסיבה שאנו מדברים על שני טלסקופים שונים הוא שיש איזון בין גודל האזור בשמיים שעליו מסתכלים לרזולוציה שאליה ניתן להגיע. JWST אמור להתמקד באזורים קטנים אך ברזולוציה חסרת תקדים, בעוד שWFIRST יסתכל על כל השמיים. ביחד הם יכולים לתת לנו נתונים משלימים.

בעוד שמרבית המדענים מדברים על כוכבים ראשונים במסות של עד 500 מסות שמש, אין מניעה תאורטית לכוכבים במסות גדולות יותר, ויש אנשים שעושים מחקרים תאורטיים לגבי כוכבים שכאלה. בין השאר, יש מדען שביצע סימולציות והראה שאם יווצר כוכב במסה של 55,000 מסות שמש (!) הוא יתפוצץ לחלוטין (ולא ישאיר חור שחור), והפיצוץ שלו יהיה כל כך חזק שהוא יקרע את הגלקסיה שלו לגזרים. כל פיצוץ שכזה ביקום אמור להיות נראה ע"י WFIRST, כך שיש למה לחכות... בנוסף, ד"ר וויילן טען שכל החורים השחורים במסות של עד 1000 מסות שמש מגיעים מכוכבים שהתפוצצו, אבל לא ברור לגבי חורים שחורים מסיביים יותר. זו שאלה חשובה, כי היא מתקשרת למקור של החורים השחורים הסופר מסיביים שקיימים במרכז כל גלקסיה ולא ברור איך נוצרו, כמו גם לרעיון שהחומר האפל הוא למעשה חורים שחורים קדומים (כלומר כאלה שנוצרו הרבה לפני הכוכבים הראשונים).

מדובר בנושא שיכול ללמד אותנו הרבה מאוד, ולכן נותר רק לקוות שהטלסקופים המדוברים ישוגרו לפי התכנית ויספקו את התצפיות שמצפים להן.

ובצד השני של הזירה...

ביום חמישי התארח אצלנו פרופ' פיל לובין, אסטרונום ותיק, שעבד בזמנו על טלסקופ החלל COBE (הטלסקופ הראשון שהראה שיש תנודות בקרינת הרקע הקוסמית) וכיום הוא חלק מהצוות של טלסקופ החלל פלנק, שחוקר גם הוא את קרינת הרקע הקוסמית (ושעל פי הדובר, רגיש פי מליון מCOBE!). באופן לא מפתיע, הוא התמקד בהכרזה של צוות BICEP2 מלפני כחודש וחצי על גילוי ראיות לאינפלציה בקיטוב של קרינת הרקע הקוסמית. כתבתי על ההכרזה והמשמעויות שלה כאן. מאז ההכרזה, התפרסמו הרבה מאוד מאמרים בנושא, חלקם מאששים את התגלית וחלקם טוענים שהיא אינה נכונה מסיבות כאלה ואחרות. החלק הטכני של ההרצאה היה מסובך ולא מאוד מעניין, אבל הוא סיפר מספר אנקדוטות מאוד מעניינות ושיש הרבה מה ללמוד מהן, ובין השאר מעמידות בספק את ההכרזה של צוות BICEP2.

כחלק מצוות של פרוייקט ענקי, הוא הקפיד להיזהר מאוד בדבריו - בתחילת ההרצאה הוא שם שקופית שלמה של הסתייגות שהבהירה שכל המידע שמוצג בהרצאה הוא מידע שזמין באופן פומבי, ושכל דעה שמוצגת בהרצאה היא דעה אישית שלו ולא התייחסות רשמית של צוות פלנק. בהמשך התברר מדוע היה לו כל כך חשוב להדגיש את זה. אבל ביחס למישהו ששם שקופית הסתייגות שכזו, הוא סיפר כמה אנקדוטות די עסיסיות מתוך הפרוייקט... כמו למשל שהוא ואדם נוסף מהפרוייקט שיחקו עם כל מיני מפות של המידע שמגיע מפלנק, ויום אחד האדם השני הפנה את תשומת ליבו לכך שצוות הפרסום של הESA (סוכנות החלל האירופאית, שאחראית על פרוייקט פלנק) פרסמו את אחת מהמפות האלה מבלי להודיע או להתייעץ בהם.
הוא הראה מפה שכזו, והסביר שיש בה חלק ריק, ושיש חלק ריק מכמה סיבות, בין השאר סיבות פוליטיות. אם הבנתי נכון, הסיבה הפוליטית נוגעת לBICEP2, ומתקשרת לסיפור הבא:
מישהו מהפרוייקט של פלנק הרצה פעם בכנס והראה בו שקופית שהכילה גרף שלא היה אמור להתפרסם עדיין, שהכיל מידע לגבי הקיטוב של קרינת הרקע הקוסמית שמדד פלנק. מישהו אחר ככל הנראה צילם את השקופית הזו במכשיר נייד, ולאחר מכן עשה חישוב לאחור (reverse engineering) מהגרף כדי לקבל מספר כלשהו ששימש לחישוב הגרף. הדבר הזה נפוץ דרך האינטרנט, ומישהו פרסם מאמר שמתבסס על החישוב הזה. הבעיה היא שמכיוון שכל החישוב נעשה מתוך גרף שצולם בטלפון, ושלא באמת היה אמור להיות מופץ מראש, היה חסר למי שעשה את החישוב ידע שהיה לצוות של פלנק כשהכינו את הגרף, ולכן החישוב לא מדוייק. הוא סיכם את הסיפור באמירה ש"זה מצב מוזר במדע שלא נתקלתי בו לפני כן".
הקשר לBICEP2 ולהכרזה שלהם הוא שככל הנראה גם הם השתמשו בחישוב הזה, כנראה דרך המאמר שהזכרתי. אמנם לא בשביל התוצאה הראשית שלהם, אבל בהכרזה הם טענו גם שהתוצאות שלהם מתיישבות עם אלו של פלנק, ולשם כך הם השתמשו בחישוב הזה. פרופ' לובין דיבר בטון די מריר על כך שהצוות של BICEP2 הכריז הכרזה מאוד יומרנית, בלי "אבל" ו"אולי", ולא השאירו לעצמם מקום לתמרן במקרה של טעות; וכמובן גם על כך שהם השתמשו במידע של פלנק שכלל לא פורסם ולשם כך נעזרו בחישוב שנעשה מתוך תמונה שצולמה בפלאפון. הוא הוסיף ודיבר על כך שהיום הרבה מדענים מחליטים לפרסם בגדול אפילו אם המידע שלהם לא בטוח מספיק, כי הגישה בעיתונות מעודדת את זה - אנשים זוכרים את ההודעות הגדולות, ולא יזכרו את ההודעות על טעויות שיבואו אח"כ.
הוא ציין שחוקרים אחרים לקחו את אותה תמונה ועשו ניתוח טוב יותר (אם כי עדיין לא מושלם, כמובן, כי זה לא ישירות מתוך המידע) עם הנחות מלאות יותר, ואם משתמשים בניתוח הזה ההסכמה של BICEP2 עם פלנק פתאום כבר לא משמעותית כל כך, בטח לא ברמה שניתן להכריז עליה בלי שמץ של ספק, ושלמעשה יתכן והמדידות של BICEP2 יכולות לנבוע מאבק בין כוכבי ובין גלקטי, ולאו דווקא מהאינפלציה, דבר שמעמיד את הכל בסימן שאלה. הוא הדגיש שהוא לא טוען שהתוצאות של BICEP2 אינן נכונות, רק שצריך להיזהר מאוד עם הפירוש. אני מוסיף שצריך עכשיו לחכות לפרסום התוצאות של פלנק בנושא, כדי שניתן יהיה לראות היכן באמת דברים עומדים; זה כנראה ייקח עוד זמן מה, מכיוון ש, כפי שהסביר פרופ' לובין עצמו, מבחינת צוות פלנק האפשרות למשוך תוצאה משמעותית היא לא אופציה, ולכן הם עובדים קשה מאוד לוודא שהם יכולים לעמוד מאחורי התוצאות העיקריות שהם מפרסמים.

בין אם יתברר שההכרזה של BICEP2 נכונה ובין אם לא, אני חושב שיש כאן כמה לקחים לא נעימים לגבי איך שהמדע עובד היום, אבל גם את ההבנה שבסופו של דבר הוא עובד. זה נכון שהיום אנשים מפרסמים במטרה ליצור כמה שיותר באזז, ומוכנים להקריב לשם כך מהדיוק והאמינות של הדברים שהם אומרים (וזאת מכיוון שלמי שמפורסם יותר קל יותר לקבל תקציבים למחקר שלו), אבל בו זמנית יש לשים לב גם לכך שהיום, בעידן האינטרנט, המהירות בה דברים כאלה מתגלים ומתנהל סביבם דיון משמעותי היא גבוהה מאוד, דבר שמבטיח שבמרבית המקרים גם אם הציבור הרחב יזכור משהו לא נכון בסופו של דבר, בקרב הקהילה המדעית הדברים מתוקנים מהר. אני מקווה שפלנק יפרסמו את התוצאות שלהם בקרוב, ושלא נצטרך לחכות יותר מדי להכרעה.


לקריאה נוספת:
ערך הוויקיפדיה (באנגלית) על טלסקופ החלל COBE
האתר של נאס"א על טלסקופ החלל COBE
ערך הוויקיפדיה (באנגלית) על טלסקופ החלל פלנק
האתר של סוכנות החלל הארופאית על פלנק

פרץ קרני הגאמא שלא היה

אתמול התפרסם שיתכן והתגלה פרץ קרני גאמא (Gamma Ray Burst; GRB) מגלקסיית אנדרומדה, דבר שעורר התלהבות רבה בקרב קהילת האסטרופיזיקאים שעוסקים בתחום, היות ואנדרומדה היא אחת הגלקסיות הקרובות ביותר אלינו, ולכן לתפוס GRB משם יכול לאפשר לנו לחקור את התופעה מקרוב (יחסית).
היום התפרסם שמדובר בטעות.
דיברתי עם אנשים מהתחום אצלנו במכון, ואנסה לסכם את הסיפור כאן בקצרה, למיטב הבנתי.
אתמול זיהה צוות טלסקופ החלל SWIFT, שמחפש אחר GRBs, קפיצה בשטף קרני הגאמא שמגיע מאיזור מסויים בגלקסיית אנדרומדה. באיזור הזה ישנו מקור ידוע של קרני רנטגן, אבל לא נצפו שם בעבר קרני גאמא, והקפיצה נראתה חזקה מאוד, ולכן כמובן שעלתה ההשערה שמדובר בGRB. בטלסקופ ישנו מכשיר המזהה קרני גאמא ומכשיר המזהה קרני רנטגן, וצוות הטלסקופ סובב אותו על מנת לצפות באיזור בתחום הרנטגן; בתחום הזה נצפתה עליה, אך לא משמעותית. הצוות פרסם הודעה זהירה מאוד על הממצאים, אך הם בפירוש לא טענו שמדובר בGRB. הזהירות שלהם לא עזרה, והשמועה נפוצה במרחבי המרשתת, ובעיקר בטוויטר, שהתגלה GRB בגלקסיית אנדרומדה. לא מדובר רק באתרי חדשות שהכותבים שלהם לאו דווקא מומחים בתחום, אלא גם באנשים שזה לב לבו של תחום המחקר שלהם; יתכן ומשאלת הלב שלהם גרמה להם לקרוא דברים שלא נכתבו, או לתת חשיבות יתרה לזיהוי. לא עזרה גם העובדה שסערה הפילה את שרתי האינטרנט של נאס"א שקשורים לטלסקופ, ולכן אף אחד אחר לא יכול היה להסתכל על המידע.
היום כל אותם אנשים התבדו, כשהתברר שהייתה טעות בפענוח של התצפית, ושהקפיצה בשטף קרני הגאמא הוערכה להיות פי 300 יותר חזקה ממה שהייתה באמת. ככל הנראה מדובר בקרני גאמא קוסמיות.

הסיפור הזה, בעיני (וככל הנראה בעיני רבים אחרים), מהווה דוגמה מצויינת לכך שבעידן כמו היום שבו מידע מתפשט כמעט מיידית, צריך להמתין ולהיזהר אפילו יותר כשמקבלים מידע חלקי. כשמדובר במדע, כל תגלית צריכה אישוש, ובדיקה של מדענים עמיתים, וכמובן - מדענים לרוב זהירים מאוד במה שהם אומרים, ויש להם סיבה לכך; עדיף שלא לנפח את מה שהם אומרים.
 
סקירה מצויינת של הנושא ניתן למצוא כאן:
http://www.universetoday.com/112197/update-possible-nearby-gamma-ray-burst-alert-was-false-alarm/

ותודה ליואב לנדסמן מהבלוג "מסה קריטית" שבזכותו נחשפתי לסיפור מלכתחילה.

לפעמים שלישיות מסתיימות בפיצוץ...

סיכום של הרצאה שהועברה אצלנו לפני פסח על ידי ד"ר דורון קושניר, שדיברה על רעיון חדש למקור להיווצרות סופרנובות מסוג 1A.
 
סופרנובות הן פיצוצים של כוכבים, אך רואים סוגים שונים שממויינים על פי היסודות שרואים בפיצוץ. סופרנובות מסוג 1A הן פיצוץ של ננס לבן שאינן מכילות מימן, אך מכילות סיליקון וקובלט. הן הסופרנובות הנצפות ביותר, ומסיבה לא ברורה אנחנו רואים חלק ניכר מהן בגלקסיות אליפטיות. בעיקרון, כלל לא היינו אמורים להיות מסוגלים לראות את הפיצוץ עצמו פרט למקרים בודדים בהם במקרה טלסקופ היה מכוון ישירות למקום בו הסופרנובה מתרחשת, מכיוון שהאנרגיה מתפזרת מהר מאוד, אך למזלנו האנרגיה שמשתחררת יוצרת איזוטופים של ניקל שלוקח להם זמן להתפרק, ואת ההתפרקות הזו אנו מסוגלים לראות. זה לא אומר שהן נעלמות לחלוטין - השאריות שלהן ממשיכות להתרחב ולאסוף אלין אבק במשך עשרות אלפי שנים, וזה דווקא בהחלט ניתן לצפייה, אבל החלק המוקדם ביותר, שקרוב מאוד לפיצוץ עצמו, היה חולף מטווח הראייה שלנו מהר מאוד אם לא אותם יוני ניקל.

ישנן מספר בעיות בהבנה שלנו של סופרנובות מסוג 1A:

•  אין לנו הסבר טוב לשאלה מדוע שננס לבן יתפוצץ סתם כך. ננסים לבנים הם כוכבים במסות ביניים (בסביבות מסת השמש שלנו), שאינם מסיביים מספיק כדי ליצור חור שחור, ושסיימו את שלב הבערה הגרעינית שלהם וקרסו כך שמה שמחזיק אותם הוא לחץ ניוון האלקטרונים (אפקט קוונטי מעניין שארחיב עליו אם מישהו יהיה מעוניין). אלה כוכבים מאוד יציבים, ואין סיבה פרקטית שכוכב כזה יתפוצץ ללא השפעה מבחוץ. 
• ההתפלגות של הניקל שרואים לאחר הסופרנובה אינה ברורה - אם מדובר בכוכב בודד צריך ננסים לבנים מאוד נדירים כדי להסביר את ההתפלגות, דבר שלא מסתדר עם קצב הסופרנובות שרואים. בנוסף, נראה שמסת הניקל בפיצוץ קשורה לסוג הגלקסיה, דבר שלא ברור מדוע הוא קורה.
• על מנת להסביר את קצב הסופרנובות 1A שאנחנו רואים, כאחוז מכלל הננסים הלבנים צריך לסיים את חייו בסופרנובה, מספר שאין לנו הסבר אליו.

לבעיות הללו יש מספר פתרונות אפשריים, אך אף אחד מהפתרונות לא פותר את כל הבעיות. ספציפית לבעיה הראשונה, והחמורה ביותר, ישנם מספר פתרונות שהועלו:

• במערכת בינארית, בה ננס לבן וכוכב נוסף חגים זה סביב זה, יתכן והננס הלבן יהיה קרוב מספיק על מנת להתחיל "לגנוב" מסה מהכוכב הנוסף ולספוח אותה על עצמו. במצב כזה החומר מתיישב על הקליפה של הננס הלבן, ואם מספיק חומר עובר, זה יכול לגרום לננס הלבן לקרוס ובעקבות זאת להתפוצץ. 
• אם הכוכב השני במערכת גם הוא ננס לבן, לא תהיה ספיחה, אך בסופו של דבר הננסים הלבנים יפלו אחד אל השני וההתנגשות תגרום לסופרנובה; הפתרון הזה בעייתי, כיוון שהזמן שיקח לכוכבים ליפול אחד אל השני אמור להיות ארוך מאוד במרבית המצבים, ולכן לא ברור כיצד יתכן קצב של סופרנובות כפי שאנו רואים.
• הבעיה של הזמן בפתרון הקודם יכולה להפתר אם אחד מהננסים הלבנים מסיבי יותר ואז זה הקל יותר יתפרק במהלך הנפילה, דבר שיכול לגרום לסופרנובה; אך זה מצריך שהננס המסיבי יותר יהיה במשקל של פחות 0.9 מסות שמש, ולא ראינו צמד ננסים לבנים שאחד מהם כל כך מסיבי, ולכן גם אם קיימים כאלה הם בוודאי מועטים.

היות ואנחנו לא יכולים רק לשבת ולחכות שתתפוצץ סופרנובה שכזו במרחק קטן מספיק כדי שנוכל לדעת היטב מה קורה שם (דבר שיכול לקחת עשרות ומאות אלפי שנים), קבוצות רבות של חוקרים מבצעות סימולציות מחשב של הנושא, בתקווה לשחזר את התצפיות ולהסביר את העניין. אך בסימולציות של יש בעיה גדולה לייצר פיצוץ, כי המקום שבו מתרחשת התחלת הפיצוץ הוא זעיר ביחס לגודל הכוכב. זה יוצר שתי בעיות - המיקום עצמו לא ידוע, ובנוסף גודל האיזור שבו מתרחשת התחלת הפיצוץ הוא הרבה מתחת לרזולוציה של הסימולציות. על כן פשוט שמים את ההתנעה, תחילת הפיצוץ, ביד, מה שמוסיף פרמטרים חופשיים לבעיה. הוספת פרמטרים חופשיים היא בעייתית כי היא מוסיפה אי ודאות.

קבוצת החוקרים שד"ר קושניר משתייך אליה מציעה פתרון אחר - מערכת כוכבית משולשת בה שניים מהכוכבים הם ננסים לבנים, ולא אכפת לנו מה השלישי כל זמן שהוא מסיבי מספיק. אנו יודעים שמערכות כאלו קיימות. על פי טענתם, במערכת כזו הכוכב השלישי יכול לשמש כמעין "משדך", לגרום לשני הננסים הלבנים ליפול אחד אל השני מהר יותר על ידי זה שהוא עצמו נפלט מהמערכת. על פי החישובים של הקבוצה, הפתרון הזה מסביר את קצב הסופרנובות מסוג 1A (כלומר שיש מספיק מערכות משולשות שכאלה). הם טוענים שזה מסביר גם את התפלגות הניקל, אם כי לצערי אני כבר לא זוכר כיצד הם טוענים שזה מסביר את זה. בנוסף, מכיוון שמדובר בהתנגשות, איזור התחלת הפיצוץ הוא גדול מאוד (בערך כ50 ק"מ), דבר שכבר כן ברזולוציה של הסימולציות המתקדמות ביותר, וזה מאפשר להם לקבל תחזיות למספר נקודות שבתקווה יהיה בקרוב לבחון מבלי להגרר לפרמטרים חופשיים נוספים.

העיסוק בסופרנובות הוא מורכב מאוד, אך גם מעניין מאוד, ואני מקווה שהתצפיות הרלוונטיות יגיעו בקרוב ויאפשרו להבדיל בין המודלים השונים!

אני מודה מאוד גם ליעל הילמן, שזה תחום העיסוק שלה והסכימה ברוב נחמדות לעבור על הטקסט כדי לוודא שאני לא אומר שטויות!