ד"ש לוהט ממרחקים: חלקיק נייטרינו הגיע לכדור הארץ מסביבת חור שחור סופר מאסיבי

TD_GIF, Credit - NASA's Goddard Space Flight Center

צוות מדענים בינלאומי נרחב - הכולל כ-60 חוקרים ממרכז המחקר DESY הגרמני, מאוניברסיטת הומבולדט של ברלין, אוניברסיטאות ניו-יורק, מרילנד וקולומביה האמריקאיות, אוניברסיטת ליידן ההולנדית, אוניברסיטת קורטין האוסטרלית, ואניברסטאות נוספות בהן גם האסטרופיזיקאי התצפיתי ממכון רקח לפיסיקה ד״ר אסף חרש והדוקטורנט איתי ספרדי מהאוניברסיטה העברית וכן האסטרופיזיקאי פרופ׳ אבישי גל-ים ממכון וייצמן - גילה לראשונה חלקיק נייטרינו המגיע מסביבת חור שחור סופר מאסיבי לאחר אירוע קטסטרופלי בו כוכב נקרע לגזרים בעקבות כוחות גאות חזקים שהפעיל עליו החור השחור. גילוי זה מעיד על כך שאירועים מהסוג הזה משמשים כמאיצים טבעיים של חלקיקים לאנרגיות מאד גבוהות. המחקר פורסם כיום (שני) בכתב העת המדעי המפורסם nature astronomy, המחקר השני של ד"ר חרש שנוגע לחורים שחורים, המתפרסם בגיליון זה.

הנייטרינו (מאיטלקית, נייטרלי קטן) הוא חלקיק יסוד בעל מסה נמוכה במיוחד (כמעט חסר מסה) ונטול מטען חשמלי (ועל כן אינו מגיב לכוח אלקטרומגנטי). ההסתברות לאינטראקציה של נייטרינו עם אטומי החומר דרכו הוא עובר היא נמוכה מאוד, ולכן יכול לעבור בתוך חומר בקלות ולאורך דרך ארוכה מאד מבלי שיקרה לו דבר או מבלי שיעבור התמזגות עם חומר אחר. הוא יכול להגיע אלינו ממרחקים מבלי להתפזר בדרך. לשם הבנת ייחודיותו, נדרש קיר עופרת בעובי מספר שנות אור על מנת לחסום מחצית מכמות חלקיקי הנייטרינו העוברים דרכו. באופן כללי חלקיקים מהסוג הזה שוטפים את כדור הארץ כל הזמן. לדוגמה, שטפי נייטרינים (נייטרינו ברבים) מגיעים מהשמש שלנו, אך גם ממקורות אסטרופיזיקליים אחרים. דוגמא מפורסמת היא שטף חלקיקי הנייטרינו שהתגלה מסופרנובה 1987A (שהתרחשה במרחק של כ – 170 אלף שנות אור מאתנו).

tidal disruption event. Image credit - NASA, CXC, M. Weiss.בשנים האחרונות, מתגלים עוד ועוד הבזקי אור נראה (אופטי) בהירים במרכזי גלקסיות. הבזקי האור נמשכים מספר שבועות עד חודשים. הדעה הרווחת היא שהבזקי אור אלו נובעים מאירוע אלים במיוחד, במהלכו כוכב נע קרוב מידי לחור שחור סופר מאסיבי הנמצא במרכז אותה הגלקסיה, ונקרע לגזרים על ידי כוחות הגאות שמפעיל עליו החור השחור. הכוכב חדל להתקיים כשהגז שהרכיב את הכוכב עד כה הופך לזרם של חומר (גז) שחלקו נשאר לחוג מסביב לחור השחור, וחלקו עף במהירות עצומה הרחק מן החור השחור. אירועים מהסוג הזה נקראים אירועי הרס כוכבים על ידי כוחות גאות (Tidal Disruption Events, או בקיצור TDEs).

אירוע מסוג זה התגלה בחודש אפריל 2019 כהבזק אור נראה (ניתן לו השם AT2019DSG), על ידי פרויקט ZTF (The Zwicky Transient Facility). בעקבות גילוי אירוע זה, אסטרונומים ברחבי העולם כיוונו טלסקופים הצופים באורכי גל שונים (אור נראה, קרינת X, וקרינת רדיו) לעבר האירוע על מנת לאסוף עליו עוד נתונים ולעמוד על טיבו (צוות מהאוניברסיטה העברית בראשותו של ד״ר אסף חרש ביצע תצפיות רדיו על האירוע במשך חודשים באמצעות טלסקופ בשםAMI  הנמצא באנגליה). בהמשך, כחצי שנה לאחר גילוי הבזק האור הנראה, גילו מדענים בפרוייקטIceCube , הנמצא בקוטב הדרומי של כדור הארץ, חלקיק נייטרינו, והמדענים מאמינים כי החלקיק נוצר בתהליך שקשור להרס הכוכב שהתגלה חצי שנה קודם לכן. גלאי Icecube מורכב למעשה מסדרה של גלאים על פני שטח ענקי בתוך הקרח האנטרקטי (בקוטב). החוקרים באתר זה גילו כי חלקיק הנייטרינו פגע בקרח האנטרקטי באנרגיה של יותר מ-100 טרה אלקטרון וולט (שקול לפי עשר מהאנרגיה שאליה אפשר להאיץ חלקיק במאיץ החלקיקים הכי חזק בעולם).

Dr. Assaf Horesh. by Michael Yakirevichהמידע שנאסף בתצפיות על האירוע מתחילתו יכול להיות מוסבר על ידי זריקה של חומר בצורה סילונית במהירות גבוהה מסביבת החור השחור בעקבות אירוע הרס הכוכב, שלמעשה יצר מעין ״מנוע״ אנרגיה מרכזי האחראי לזריקת החומר והפועל במשך חודשים. ״מנוע״ זה יכול להסביר ככל הנראה גם את החלקיק שהתגלה. "מקור החלקיק באירוע המדובר הוא לא בכוכב עצמו. עקב הרס הכוכב, ככל הנראה יש ספיחה של חומר מן הכוכב שנהרס אל תוך החור השחור", מסביר ד"ר חרש. "התהליך הזה של הספיחה יוצר כנראה סילונים של חומר שעף במהירות עצומה מסביבת החור השחור (חשוב לציין שפרטי התהליך לא ידועים לגמרי למדע). בתהליך שבו נוצרים הסילונים שמעיפים חומר במהירות גבוהה גם ישנה האצה של חלקיקים לאנרגיות גבוהות ונוצרים כתוצאה מכך גם נייטרינים. אחד החלקיקים האלה עשה דרכו אלינו והתגלה".

לסיום מבהיר ד"ר חרש כי ״אירועים של הרס כוכבים על ידי כוחות גאות מחורים שחורים הם תופעות שאנחנו יודעים עליהם עדיין מעט מאוד. גילוי הנייטרינו מאירוע אלים כזה הוא עדות לכך שבאירועים אלו מופעל מנגנון המאיץ חלקיקים לאנרגיות מאוד גבוהות. החלקיק שהתגלה הוא פיסת מידע חשובה בהבנה הכוללת שלנו את האירועים הללו. עצם השימוש באמצעי התצפית הרבים באירוע הנוכחי, החל מגילוי האירוע לראשונה באור נראה לעין, מעקב אחר התפתחות קרינת הרדיו מהאירוע מרגע גילויו וכלה בגילוי חלקיק הנייטרינו, מדגים את הכוח המדעי הנוצר בשילוב מספר ערוצי תצפית יחדיו. שילוב זה הולך ונעשה נפוץ יותר ויותר בעולם האסטרופיזיקה כיום ומגדיל את פוטנציאל הגילוי המדעי בכל אירוע אסטרונומי״.

לפרסום המדעי: https://www.nature.com/articles/s41550-020-01295-8

לפרסומים בתקשורת: 

https://www.haaretz.co.il/science/space/.premium.HIGHLIGHT-MAGAZINE-1.95...

https://www.ynet.co.il/environment-science/article/267U52A39

https://www.hayadan.org.il/%D7%9C%D7%A8%D7%90%D7%A9%D7%95%D7%A0%D7%94-%D...

שלושה שיודעים בכאן תרבות [להאזנה, החל מדקה 30:00]: https://www.kankids.org.il/Podcast/item.aspx?pid=21182