אסטרונומים זיהו 21 כוכבי נויטרונים מרוחקים במסלולים בינארים עם כוכבים דמויי שמש, שהתגלו אך ורק על ידי השפעות הכבידה שלהם. ממצאים אלה, בסיוע משימת גאיה, מצביעים על מורכבויות בתיאוריות היווצרות כוכבים בינאריים, בהתחשב בהישרדותם הבלתי צפויה מאירועי סופרנובה. קרדיט: twoday.co.il.com
תצפיות חדשות חושפות כוכבי נויטרונים בשילוב עם כוכבים כמו השמש שלנו.
רוב הכוכבים ביקום שלנו מגיעים בזוגות. בעוד שהשמש שלנו היא בודדה, כוכבים רבים כמו השמש שלנו מקיפים כוכבים דומים, בעוד שלל זיווגים אקזוטיים אחרים בין כוכבים וכדורים קוסמיים מפלפלים את היקום. חורים שחורים, למשל, נמצאים לעתים קרובות במסלול זה סביב זה. זיווג אחד שהוכח כנדיר למדי הוא זה שבין כוכב דמוי שמש לסוג של כוכב מת הנקרא כוכב ניטרונים.
אסטרונומים בראשות Kareem El-Badry של Caltech חשפו כעת מה שנראה כ-21 כוכבי נויטרונים המקיפים במערכות בינאריות עם כוכבים כמו השמש שלנו. כוכבי ניוטרונים הם ליבות צפופות שרופים של כוכבים מסיביים שהתפוצצו. כשלעצמם, הם חלשים ביותר ולרוב לא ניתן לזהות אותם ישירות. הם כבדים יותר מכוכבים דמויי שמש, אך שני העצמים מקיפים זה את זה סביב מרכז מסה משותף. בעוד כוכבי הנייטרונים מסתובבים, הם מושכים את הכוכבים דמויי השמש, וגורמים לחבריהם לעבור הלוך ושוב בשמיים. באמצעות משימת גאיה של סוכנות החלל האירופית, האסטרונומים הצליחו לתפוס את התנודות המספריות הללו כדי לחשוף אוכלוסייה חדשה של כוכבי נויטרונים כהים.
תפקידה של גאיה במחקר אסטרופיזיקה
"גאיה סורקת ללא הרף את השמיים ומודד את תנודותיהם של יותר ממיליארד כוכבים, כך שהסיכויים טובים למציאת עצמים נדירים מאוד", אומר אל-בדרי, עוזר פרופסור לאסטרונומיה ב-Caltech ומדען נוסף במקס. מכון פלאנק לאסטרונומיה בגרמניה.
המחקר החדש, הכולל צוות של מחברים שותפים מרחבי העולם, פורסם ב-15 ביולי ב כתב העת הפתוח לאסטרופיזיקה. נתונים ממספר טלסקופים קרקעיים, כולל מצפה הכוכבים WM Keck במאונקיה, הוואי; מצפה הכוכבים לה סילה בצ'ילה; ומצפה הכוכבים וויפל באריזונה, שימשו למעקב אחר תצפיות גאיה וללמוד יותר על המסות והמסלולים של כוכבי הנייטרונים החבויים.
איור זה מתאר מערכת כוכבים בינארית המורכבת מכוכב נויטרונים צפוף וכוכב רגיל דמוי שמש (משמאל למעלה). באמצעות נתונים ממשימת גאיה של סוכנות החלל האירופית, אסטרונומים מצאו כמה מערכות כמו זו, שבהן שני הגופים מופרדים באופן נרחב. מכיוון שהגופים במערכות אלו רחוקים זה מזה, עם הפרדות בממוצע פי 300 מגודלו של כוכב דמוי שמש, כוכב הנייטרונים רדום – הוא אינו גונב מסה באופן פעיל מחברו ולכן הוא חלש מאוד. כדי למצוא את כוכבי הנייטרונים החבויים הללו, המדענים השתמשו בתצפיות גאיה כדי לחפש נדנוד בכוכבים דמויי השמש שנגרם כתוצאה מפעולת משיכה של כוכבי הנייטרונים המקיפים אותם. אלו הם כוכבי הנייטרונים הראשונים שהתגלו אך ורק בשל השפעות הכבידה שלהם. כפי שמתואר באיור זה, כוח המשיכה האינטנסיבי של כוכב הנייטרונים הקומפקטי – הקטן בערך פי 100,000 מהכוכב דמוי השמש אך כבד יותר – מעוות את המבט שלנו על השמיים סביבו, ויוצר מראה מעוותת של הכוכב הסמוך. קרדיט: Caltech/R. כואב (IPAC)
מאפיינים ייחודיים של מערכות ניוטרון סטאר החדשות
בעוד שכוכבי נויטרונים זוהו בעבר במסלול סביב כוכבים כמו השמש שלנו, המערכות הללו היו קומפקטיות יותר. עם מרחק קטן המפריד בין שני הגופים, כוכב נויטרונים (שהוא כבד יותר מכוכב דמוי שמש) יכול לגנוב מסה מבן זוגו. תהליך העברת המסה הזה גורם לכוכב הנייטרונים לזרוח בבהירות באורכי גל של קרני רנטגן או רדיו. לעומת זאת, כוכבי הנייטרונים במחקר החדש רחוקים הרבה יותר משותפיהם – בסדר גודל של פי אחד עד שלושה מהמרחק בין כדור הארץ לשמש.
זה אומר שגופות הכוכבים החדשות נמצאות רחוקות מדי מהשותפים שלהן מכדי לגנוב מהם חומר. במקום זאת הם שקטים וחשוכים. "אלה הם כוכבי הנייטרונים הראשונים שהתגלו אך ורק בשל השפעות הכבידה שלהם", אומר אל-בדרי.
המסתורין של היווצרות המערכת הבינארית
התגלית מפתיעה במידה מסוימת כי לא ברור כיצד כוכב מפוצץ מתפתל לצד כוכב כמו השמש שלנו.
"עדיין אין לנו מודל שלם לאופן היווצרות הבינאריות הללו", מסביר אל-בדרי. "באופן עקרוני, האב לכוכב הנייטרונים היה צריך להפוך לעצום ולקיים אינטראקציה עם הכוכב מסוג השמש במהלך התפתחותו המאוחרת." הכוכב הענק היה דופק את הכוכב הקטן, כנראה בולע אותו זמנית. מאוחר יותר, אב כוכב הנייטרונים היה מתפוצץ בסופרנובה, שלפי מודלים הייתה אמורה לשחרר את המערכות הבינאריות, ולשלוח את כוכבי הנייטרונים והכוכבים דמויי השמש להסתער בכיוונים מנוגדים.
"הגילוי של המערכות החדשות הללו מראה שלפחות חלק מהקבצים הבינאריים שורדים את התהליכים הקטקליזמיים הללו למרות שמודלים עדיין אינם יכולים להסביר באופן מלא כיצד", הוא אומר.
אסטרונומים גילו 21 כוכבים כמו השמש שלנו במסלול סביב כוכבי נויטרונים – שרידים כבדים ודחוסים של כוכבים מסיביים שהתפוצצו בעבר. כוכבי הנייטרונים החבויים התגלו רק באמצעות השפעות הכבידה שלהם. למרות שכוכבי הנייטרונים כבדים יותר מכוכבים דמויי שמש, שני העצמים מקיפים זה את זה סביב מרכז מסה משותף. כאשר כוכבי הנייטרונים מסתובבים סביבם, הם מושכים את הכוכבים דמויי השמש, וגורמים להם להתנדנד. משימת גאיה של סוכנות החלל האירופית זיהתה את הנדנוד הזה על ידי צפייה במסלולי הכוכבים דמויי השמש (נקודות צהובות) במשך תקופה של שלוש שנים. הכוכבים דמויי השמש הם ירוקים בהנפשה זו, וכוכבי הנייטרונים (והמסלולים שלהם) סגולים. קרדיט: קלטק/כרים אל-באדרי
יכולות הזיהוי והמחקר העתידי של גאיה
גאיה הצליחה למצוא את הלוויה הבלתי סבירים בשל מסלוליהם הרחבים ותקופותיהם הארוכות (הכוכבים דמויי השמש מקיפים את כוכבי הנייטרונים בתקופות של שישה חודשים עד שלוש שנים). "אם הגופות קרובות מדי, הנדנוד יהיה קטן מכדי לזהות", אומר אל-בדרי. "עם גאיה, אנחנו רגישים יותר למסלולים הרחבים יותר." גאיה גם רגישה ביותר לקבצים בינאריים שנמצאים בקרבת מקום יחסית. רוב המערכות החדשות שהתגלו ממוקמות בטווח של 3,000 שנות אור מכדור הארץ – מרחק קטן יחסית בהשוואה, למשל, ל-100,000 שנת אור-קוטר של שביל החלב גָלַקסִיָה.
התצפיות החדשות מעידות גם עד כמה נדירים הזיווגים. "אנו מעריכים שכאחד מכל מיליון כוכבים מסוג שמש מקיף כוכב נויטרונים במסלול רחב", אמר.
הרחבת החיפוש מעבר לכוכבי ניוטרונים
לאל-באדרי יש גם עניין למצוא חורים שחורים רדומים בלתי נראים במסלול עם כוכבים דמויי שמש. באמצעות נתוני גאיה, הוא מצא שניים מהחורים השחורים השקטים האלה החבויים בגלקסיה שלנו. האחד, הנקרא גאיה BH1, הוא החור השחור הידוע הקרוב ביותר לכדור הארץ במרחק של 1,600 שנות אור.
"אנחנו לא יודעים בוודאות איך אלה חור שחור נוצרו גם בינאריות", אומר אל-בדרי. "ברור שיש פערים במודלים שלנו לאבולוציה של כוכבים בינארים. מציאת עוד בני לוויה אפלים אלה והשוואת סטטיסטיקת האוכלוסייה שלהם לתחזיות של מודלים שונים יעזרו לנו לחבר את האופן שבו הם נוצרים."
המאמר מומן על ידי הקרן הלאומית למדע, מועצת המחקר האירופית וקרן גורדון ובטי מור. מחברים אחרים של Caltech כוללים את הסטודנט לתואר שני Natsuko Yamaguchi ופרופסור לאסטרונומיה אנדרו הווארד. מחברים נוספים כוללים את הנס-וולטר ריקס ורנה אנדראה ממכון מקס-פלנק לאסטרונומיה, דיוויד לאת'ם ואליסון בירילה מהמרכז לאסטרופיזיקה/הרווארד וסמית'סוניאן, סהר שחף ממכון ויצמן למדע, צבי מאזה מאוניברסיטת תל אביב; לארס בוכהאב מהאוניברסיטה הטכנית של דנמרק, הווארד אייזקסון מאוניברסיטת ברקלי ואוניברסיטת דרום קווינסלנד; אלסנדרו סאווינו מאוניברסיטת ברקלי, ואיליה אילין ממכון לייבניץ לאסטרופיזיקה בפוטסדאם.
