התרשמותו של אמן זה מתארת כיצד פיצוצים גרעיניים בכוכב נויטרונים מאכילים את הסילונים המתפוצצים מאזורי הקוטב המגנטיים שלו. קרדיט: דניאלה פוטסלאר ונתלי דג'נאר, מכון אנטון פאנקוק, אוניברסיטת אמסטרדם
טלסקופ חלל קרני גמא של ESA אינטגרל מילא תפקיד מכריע בלכידת סילוני חומר הנפלטים לחלל במהירות שליש ממהירות האור. החומר והאנרגיה השתחררו כאשר התרחשו פיצוצים עצומים על פני השטח של א כוכב ניטרונים. התצפית הראשונה בעולם התבררה כ"ניסוי מושלם" לחקר סילונים אסטרופיזיקליים מכל התיאורים.
סילונים מיוצרים על ידי עצמים אסטרונומיים רבים ושונים, אך קשה ללמוד אותם. זרמי החומר הללו רחוקים וראיית תכונות בהם היא מאתגרת. זה מקשה מאוד על מעקב אחר חומר נע לאורכם כדי להבין איך הסילון משוגר ומאיץ.
עם זאת, צוות בינלאומי של אסטרונומים כולל תומאס ראסל, המכון הלאומי לאסטרופיזיקה, INAF, פאלרמו, איטליה, הבין שסוגים מסוימים של כוכבי נויטרונים עשויים להיות פתוחים לשדרת חקירה חדשה.
מלבד חורים שחורים, כוכבי נויטרונים הם בין העצמים המבלבלים ביותר ביקום. כוכב נויטרונים נוצר ברגעים האחרונים לחייו של כוכב גדול מאוד (עם יותר משמונה המסה של השמש שלנו), כאשר הדלק הגרעיני בליבתו אוזל בסופו של דבר. בסוף פתאומי ואלים, השכבות החיצוניות של הכוכב נפלטות באנרגיה מפלצתית בפיצוץ סופרנובה, ומותירות מאחוריהן עננים מרהיבים של חומר בין-כוכבי עשיר באבק ובמתכות כבדות. במרכז הענן (ערפילית), ליבת הכוכבים הצפופה מתכווצת עוד יותר ליצירת כוכב נויטרונים. חור שחור יכול להיווצר גם כאשר מסת הליבה הנותרת גדולה משלוש מסות שמש בערך. קרדיט: ESA
כוכבי ניוטרונים הם גופות כוכבים קומפקטיות במיוחד. כאשר הוא במסלול עם כוכב אחר, שדה הכבידה האינטנסיבי של כוכב הנייטרונים יכול בסופו של דבר למשוך חומר מהכוכב הנלווה שלו. חלק מהחומר הנצבר הזה נפלט איכשהו החוצה לתוך סילונים שדוהרים משם לאורך ציר הסיבוב של כוכב הנייטרונים, ושאר החומר מתגלגל מטה אל כוכב הנייטרונים. שם הוא מצטבר כשכבה על פני השטח. ככל שיותר ויותר חומר יורד על כוכב הנייטרונים, שדה הכבידה דוחס אותו עד שמתחיל פיצוץ גרעיני בורח. זה יוצר אירוע אסון המכונה פרץ קרני רנטגן מסוג I.
הצוות נימק ששחרור פתאומי זה של חומר ואנרגיה מפני השטח של כוכב הנייטרונים ישפיע על הסילון, וכי הם יכולים למדוד את ההפרעה הזו כשהיא מתפשטת החוצה. אם כן, זה יספק שיטה חדשה ועוצמתית לחקר האירועים האלימים והאנרגטיים הללו. כיום ידוע לנו על כ-125 כוכבי נויטרונים שמתנהגים כך.
"זה בעצם נותן לנו ניסוי מושלם", אומר תומס. "יש לנו דחף קצר מאוד של חומר נוסף שנורה לתוך הסילון ושנוכל לעקוב אחריו בזמן שהוא נע במורד הסילון כדי ללמוד על מהירותו."
על הציד
זוהי מדידה מכרעת מכיוון שברגע שנחקרו מספיק כוכבי נויטרונים המצטברים, מהירות הסילון יכולה לחשוף את מנגנון השיגור הדומיננטי ולהראות אם הסילון מופעל על ידי שדות מגנטיים המעוגנים בחומר המצטבר, או בכוכב עצמו. הצוות זיהה שני כוכבי נויטרונים, המכונים 4U 1728-34 ו-4U 1636-536 בהתאמה, שהראו התנהגות התפרצות של קרני רנטגן. עם זאת, רק 4U 1728-34 הוכיח את עצמו כבהיר מספיק באורכי גל רדיו באותה תקופה כדי לבצע את הניסוי בפירוט הדרוש.
ואז הייתה בעיה מעשית. בעוד שהפיצוצים נראו בקרני רנטגן, הסילון פלט רק גלי רדיו. אז הצוות היה צריך לתאם תצפיות רדיו טלסקופ על כדור הארץ כדי שיתרחשו בו זמנית עם אלו של הלוויין האינטגרלי, המסוגל לראות בקרני רנטגן. אבל, אי אפשר היה לחזות בדיוק מתי אחד מהפיצוצים האלה עומד להתרחש.
"ההתפרצויות האלה חוזרות על עצמה כל שעתיים, אבל אתה לא יכול לחזות מתי בדיוק הם יקרו. אז, אתה צריך לבהות במערכת במשך זמן רב עם הטלסקופים, ולקוות שתתפסו כמה פרצים", אומר חבר הצוות יעקב ואן דן איינדן, אוניברסיטת וורוויקבריטניה.
תצפיות הרדיו נלקחו במשך שלושה ימים עם CSIROמערך הטלסקופ הקומפקטי של אוסטרליה (ATCA), רושם סך של כ-30 שעות של זמן תצפית בין 3-5 באפריל 2021. אינטגרל נצפה מהחלל. זו הייתה המשימה היחידה בעלת האנרגיה הגבוהה שמסוגלת לשמור על המשמר הארוך הזה. מסלולו הגדול והמוארך גרם לכך שהוא יכול לבהות בעצם השמימי במשך שעות רבות בכל פעם. בתום התצפיות, אינטגרל לכדה 14 התפרצויות רנטגן מ-4U 1728-34, מתוכם 10 התרחשו כאשר המקור היה גלוי ל-ATCA.
אבל הייתה הפתעה גדולה. "בהתבסס על מה שראינו בעבר בנתוני רנטגן, חשבנו שהפיצוץ יהרוס את המקום בו שוגר הסילון. אבל ראינו בדיוק את ההיפך: קלט חזק למטוס ולא שיבוש", אומרת חברת הצוות נטלי דגנר, אוניברסיטת אמסטרדם, הולנד.
ברור שמנגנון הסילון היה חזק יותר ממה שחשבו. היכולת לעקוב אחר החומר הנוסף שהוזרק במורד הסילון באורכי גל רדיו אפשרה לצוות לחשב שהחומר שוגר במהירות מדהימה של 35-40% ממהירות האור.
"מעולם לא הצלחנו לצפות ולצפות ישירות כיצד כמות מסוימת של גז מועברת לסילון ומואצת לחלל", אומר חבר הצוות אריק קוולקרס, מדען פרויקט ESA.
שיטה חדשה לחקר מטוסים
לאחר שהוכיחה כעת שזה אפשרי, הטכניקה תאפשר לאסטרונומים לחקור עוד כוכבי נויטרונים מתפרצים בקרני רנטגן. זה יעזור להם להבין ולחבר את שיגורם של סילונים למאפיינים ספציפיים של כוכבי נויטרונים, כמו קצב הסיבוב שלהם וכמות הגז הנופלת על פני השטח שלהם. עבור אלה החוקרים תופעות כאלה, אלו השאלות הדוחקות. מענה עליהם ישפיע על מחקרים מעבר לכוכבי נויטרונים מכיוון שסילונים נוצרים על ידי עצמים אסטרונומיים רבים.
מכוכבים שזה עתה נוצרו ועד לחורים שחורים סופר-מאסיביים במרכזי הגלקסיות, סילונים יכולים להיווצר גם על ידי אירועים קטקליזמים כמו פיצוצי סופרנובה והתפרצויות קרני גמא. הם ממלאים תפקיד חשוב בכל היקום, החל מהובלת יסודות אקזוטיים המסונתזים בהתפוצצויות קוסמיות לחלל הבין-כוכבי, ועד לחימום ענני גז שמסביב שישנו כיצד והיכן יכולים להיווצר כוכבים חדשים.
מכיוון שכל הסילונים האסטרופיזיקליים נחשבים לשיגור בדרכים דומות, כלומר על ידי משחק הגומלין של חומר עם שדות מגנטיים בעצמים שמימיים מסתובבים, לתוצאות החדשות תהיה יישום נרחב במחקרים רבים על הקוסמוס. "התוצאה הזו פותחת צוהר חדש לחלוטין להבנה כיצד מופעלים סילונים אסטרופיזיים, בכוכבי נויטרונים וגם בעצמים אסטרונומיים אחרים המייצרים סילונים", אומר אריק.
