טלסקופ ווב חושף כוכב ניוטרונים מוסתר בפסולת סופרנובה

אסטרונומים מזהים עצם קומפקטי מבוקש בתוך השריד של סופרנובה 1987A

בפברואר 1987, הסופרנובה הקרובה ביותר לכדור הארץ מזה כמעט 400 שנה התפוצצה למקום. המכונה Supernova 1987A (SN 1987A), היא נבעה ממותו של כוכב ענק בענן המגלן הגדול, גלקסיה ננסית במרחק של 160,000 שנות אור. בעשורים שחלפו מאז, שרידיו נחקרו בטלסקופים בכל אורכי הגל של האור מקרני רנטגן ועד רדיו. אולם למרות כל הבדיקה, נותרה תעלומה אחת.

התיאוריה חזתה שפיצוץ הכוכבים היה אמור לייצר או א כוכב ניטרונים או א חור שחור. ראיות לאובייקט קומפקטי שכזה כבר חיפשו זה מכבר, ללא הצלחה. עכשיו, תצפיות חדשות מאת נאס"אשל טלסקופ החלל ג'יימס ווב סיפקו את העדות הישירה הראשונה למה שכנראה כוכב נויטרונים, שהתגלתה על ידי ההשפעות של פליטת האנרגיה הגבוהה שלו.

ווב מוצא הוכחות לכוכב נויטרונים בלב שארית הסופרנובה הצעירה

טלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א מצא את העדויות הטובות ביותר עד כה לפליטת כוכב נויטרונים באתר של סופרנובה שנצפתה לאחרונה. הסופרנובה, הידועה בשם SN 1987A, הייתה סופרנובה של התמוטטות ליבה, כלומר השרידים הדחוסים בליבתה יצרו כוכב נויטרונים או חור שחור. זמן רב חיפשו עדויות לעצם קומפקטי שכזה, ובעוד שנמצאו בעבר עדויות עקיפות לנוכחות כוכב נויטרונים, זו הפעם הראשונה שבה מתגלות ההשפעות של פליטת אנרגיה גבוהה מכוכב הנייטרונים הצעיר הסביר.

סופרנובות – מכת המוות הסופית הנפיצה של כמה כוכבים מסיביים – מתפוצצות תוך שעות, והבהירות של הפיצוץ מגיעה לשיא תוך מספר חודשים. שרידי הכוכב המתפוצץ ימשיכו להתפתח בקצב מהיר במהלך העשורים הבאים, מה שמציע הזדמנות נדירה לאסטרונומים לחקור תהליך אסטרונומי מרכזי בזמן אמת.

סופרנובה 1987A

הסופרנובה SN 1987A התרחשה במרחק של 160,000 שנות אור מכדור הארץ בענן המגלן הגדול. הוא נצפה לראשונה על פני כדור הארץ בפברואר 1987, ובהירותו הגיעה לשיא במאי אותה שנה. זו הייתה הסופרנובה הראשונה שניתן היה לראות בעין בלתי מזוינת מאז נצפתה הסופרנובה של קפלר ב-1604.

כשעתיים לפני התצפית הראשונה באור הנראה של SN 1987A, שלושה מצפה כוכבים ברחבי העולם זיהו פרץ של ניטרינו שנמשך שניות ספורות בלבד. שני סוגי התצפיות השונים נקשרו לאותו אירוע סופרנובה, וסיפקו ראיות חשובות להסברה של התיאוריה כיצד מתרחשות סופרנובות של קריסת הליבה. תיאוריה זו כללה את הציפייה שסוג זה של סופרנובה יצור כוכב נויטרונים או חור שחור. מאז ועד היום חיפשו אסטרונומים ראיות לאחד או אחר מהעצמים הקומפקטיים הללו במרכז השרידים המתרחבים.

ראיות עקיפות לנוכחות כוכב נויטרונים במרכז השריד נמצאו בשנים האחרונות, ותצפיות על שרידי סופרנובה עתיקים בהרבה – כמו ערפילית הסרטנים – מאשרות שכוכבי נויטרונים נמצאים בשרידי סופרנובה רבים. עם זאת, עד כה לא נצפתה עדות ישירה לכוכב נויטרונים לאחר SN 1987A (או כל פיצוץ אחר כזה של סופרנובה).

קלאס פרנסון מאוניברסיטת שטוקהולם, והמחבר הראשי של מחקר זה, הסבירו: "ממודלים תיאורטיים של SN 1987A, התפרצות של 10 שניות של ניטרינו שנצפה ממש לפני הסופרנובה רמזה שכוכב נויטרונים או חור שחור נוצר בפיצוץ. אבל לא ראינו שום חתימה משכנעת של עצם בן יומו כזה מפיצוץ סופרנובה. עם מצפה הכוכבים הזה, מצאנו כעת הוכחות ישירות לפליטות המופעלות על ידי העצם הקומפקטי שנולד, ככל הנראה כוכב נויטרונים."

התצפיות של Webb של SN 1987A

ווב החל בתצפיות מדעיות ביולי 2022, ותצפיות ווב שמאחורי עבודה זו צולמו ב-16 ביולי, מה שהפך את שריד SN 1987A לאחד מהאובייקטים הראשונים שנצפו על ידי ווב. הצוות השתמש במצב ספקטרוגרף ברזולוציה בינונית (MRS) של ה-MIRI של Webb (מכשיר באמצע אינפרא אדום), שחברי אותו צוות עזרו בפיתוח. ה-MRS הוא סוג של מכשיר המכונה יחידת שדה אינטגרלית (IFU).

IFUs מסוגלים לצלם אובייקט ולקחת ספקטרום שלו בו-זמנית. IFU יוצר ספקטרום בכל פיקסל, המאפשר לצופים לראות הבדלים ספקטרוסקופיים על פני האובייקט. ניתוח הסטת הדופלר של כל ספקטרום מאפשרת גם הערכת המהירות בכל מיקום.

ניתוח ספקטרלי של התוצאות הראה אות חזק עקב ארגון מיונן ממרכז החומר שנפלט המקיף את האתר המקורי של SN 1987A. תצפיות עוקבות באמצעות IFU של NIRSpec (Near-Infrared Spectrograph) של Webb באורכי גל קצרים יותר מצאו יסודות כימיים מיוננים בכבדות עוד יותר, במיוחד פי חמישה ארגון מיונן (כלומר אטומי ארגון שאיבדו חמישה מ-18 האלקטרונים שלהם). יונים כאלה דורשים פוטונים אנרגטיים מאוד כדי להיווצר, והפוטונים האלה צריכים להגיע מאיפשהו.

"כדי ליצור את היונים האלה שצפינו בפליטה, היה ברור שצריך להיות מקור של קרינה באנרגיה גבוהה במרכז שארית SN 1987A", אמר פרנסון. "במאמר אנו דנים באפשרויות שונות, מגלים שרק תרחישים ספורים סבירים, וכל אלה כוללים כוכב נויטרונים שזה עתה נולד."

תצפיות נוספות מתוכננות השנה, עם Webb וטלסקופים קרקעיים. צוות המחקר מקווה שהמחקר המתמשך יספק יותר בהירות לגבי מה בדיוק קורה בלב שארית SN 1987A. התצפיות הללו יעודדו את הפיתוח של מודלים מפורטים יותר, ובסופו של דבר יאפשרו לאסטרונומים להבין טוב יותר לא רק את SN 1987A, אלא את כל הסופרנובות של קריסת הליבה.

ממצאים אלו פורסמו בכתב העת מַדָע.

למידע נוסף על תגלית זו, ראה JWST מגלה כוכב ניוטרונים בפסולת סופרנובה היסטורית.

טלסקופ החלל ג'יימס ווב הוא מצפה הכוכבים המוביל בעולם למדעי החלל. ווב פותר תעלומות במערכת השמש שלנו, מסתכל מעבר לעולמות רחוקים סביב כוכבים אחרים, וחוקר את המבנים והמקורות המסתוריים של היקום שלנו ומקומנו בו. Webb היא תוכנית בינלאומית בהובלת נאס"א עם שותפיה, ESA (סוכנות החלל האירופית) וסוכנות החלל הקנדית.