פרופ’ ראם סרי / צילום: איל יצהר
עולמם של אסטרופיזיקאים הוא לרוב רחוק ותיאורטי. על סמך המעט שהם קולטים מהנעשה בחלל הם בונים תלי תלים של פרשנות. מצפייה בתנועה זעירה הם מסיקים מסקנות מרחיקות לכת. אבל אחת לכמה זמן מתרחש נס, והתיאוריה מקבלת הוכחה ברורה. כך היה במקרה של תעלומת קרני הגמא, אותם הבזקי אור הנמצאים מחוץ לטווח האור הנראה. ההבזקים אמנם נקלטו בטלסקופים מיוחדים כבר בשנות ה-90, אך לא היה ברור מה היא מהותם.
במשך שנים, פיזיקאים ברחבי העולם אספו נתון לנתון והסיקו שהבזקי האור הללו הם תוצאה של התנגשות בין חורים שחורים או בין כוכבי ניוטרונים. פירוטכניקה סוערת בחלל שאין סיכוי לראות בעין משום המרחק הרב שלה. מדענים שיערו כי התנגשות כזאת תוביל למגוון תופעות פיזיות שכמעט שלא יורגשו בכדור הארץ ופיתחו גלאים רגישים כדי לאמוד את ההשפעה הכמעט בלתי מורגשת הזאת של ההתנגשות - תנועה של מיליונית האטום.
יום אחד התנועה התרחשה, ונמדדה, ולמרות הפיתוי לפטור אותה כטעות, מדידת שווא, בכל זאת הופנו הטלסקופים לשמים. מה שראו היה מראה מרהיב של התנגשות בין שני כוכבים.
פרופ' ראם סרי מהאוניברסיטה העברית היה שותף לגילוי הזה במסגרת כוח משימה בינלאומי. "מגיל צעיר רציתי להיות פיזיקאי, כי רציתי לדעת איך העולם עובד", הוא מספר ל"גלובס". "כשלמדתי לתואר שני, בשנות ה-90, סיפרו לי על תעלומת הבזקי קרינת הגמא, קרינה אלקטרומגנטית בגלים קצרים ועתירי אנרגיה. לוויין בשם BATSE היה קולט הבזקים של קרינת גמא בכל יום בערך. ניתן היה לומר מאיזה כיוון הם באים, אך לא הייתה אפשרות לאמוד את המרחק שלהם. לא ידענו אם הם קרובים אך חלשים או רחוקים אך חזקים, ולא ידענו מה גורם לפיצוצים האלה.
לפי המידע שנאסף מאותו לוויין, המדענים הבינו שההבזקים מגיעים בתדירות דומה פחות או יותר מכל כיוון בשמים, ולכן שיערו שהם מגיעים מרחוק ולא מהגלקסיה שלנו, כי הגלקסיה היא בעלת צורה ספציפית ואילו היקום כולו הוא כנראה די הומוגני. "אם מאמצים את המסקנה שהם מגיעים מרחוק, אז הקרינה נוצרת מפיצוצים עזים מאוד", אומר סרי.
מקור כל הזהב בעולם
מאז שנות ה-90 של המאה הקודמת, התקדם המדע באופן משמעותי בהבנת התופעה. בתקופת לימודי הדוקטורט שלו, ניסה סרי להבין את מנגנון הפיצוץ על בסיס מידע שמגיע ממגוון לוויינים, מכשירי תצפית ומכשירי מדידה. "גילינו שהפיצוצים האלה משחררים קרינה בהבהובים, כלומר, מדובר בסדרה של פיצוצים ולא בפיצוץ אחד רציף. משך הפיצוץ יכול להיות מאית שנייה או 10-100 שניות.
"לקראת סוף הדוקטורט שלי, לוויין איטלקי-הולנדי גילה גם קרינת X מאותם פיצוצים. זו קרינה עם אנרגיה קצת יותר נמוכה מקרינת גמא. רוב האנרגיה של הפיצוץ משתחררת בצורת קרינת גמא ורק קצת בתור קרינת X, אבל המיקום שממנו מגיעה קרינת X ניתן לזיהוי בדיוק רב יותר. האפשרות לזהות מיקום הייתה מפתח משמעותי בהתקדמות המחקר".
מה הייתה חשיבותו?
"הלוויין שקלט את קרינת ה-X הצליח להעביר את המידע על כך לארץ בתוך זמן קצר - שעות ספורות. אז זה נחשב מאוד חדשני. הפנינו לשם טלסקופ, וכמובן את קרני הגמא כבר אי-אפשר היה לקלוט, הן נעלמו בתוך כמה שניות. גם קרינת ה-X כבר לא הייתה, אבל כן הצלחנו לראות פיצוץ בטווח האור הנראה, והוא נמשך כמה שבועות וחודשים. כנראה מדובר בפיצוץ מאוד אנרגטי שהולך ו'מתקרר', ולכן הוא פולט קודם כול קרני גמא בפיצוץ עז וקצר, ואז קרני X פחות עוצמתיים למשך זמן קצת יותר קצר ואז קרני אור נראה עוד פחות עוצמתיים למשך זמן עוד יותר קצר".
לפני כן לא יכולתם לראות את הפיצוץ כי לא ידעתם לאן בדיוק לכוון אל הטלסקופ?
"נכון, וגם המידע על הפיצוצים הגיע אלינו מהלוויין הרבה אחרי שקרינת הגמא וקרינת האור הנראה נעלמו. ברגע שהמידע הזה הגיע מהר, וגם המיקום זוהה בדיוק רב יותר, יכולנו לקלוט בטלסקופ את האור הנראה".
מה הייתי רואה אם הייתי עומדת ליד זה?
"אם היית עומדת ליד זה, לא היה לך טוב... ייתכן שפעם פיצוץ כזה השמיד חיים על פני כדור הארץ".
דינוזאורים?
"אולי, אבל אלה ספקולציות. התיאוריה המובילה לגבי הכחדת הדינוזאורים היא עדיין פגיעת מטאור".
ובכל זאת, מה אתה יכול לדמיין שקורה שם בעת הפיצוץ?
"פיצוץ עצום, שיוצר אנרגיה וקרינה בנפח שלוקח לאור לעבור במשך שבוע. זה מתרחש במקום מאוד ריק ונקי מחומר".
אז זו בעצם חתיכת חלל ענקית שבוערת במשך כמה ימים.
"לא בוערת. בוהקת".
מה ראיתם בפועל מכדור הארץ באור נראה, ומה יכולתם ללמוד מכך?
"חישבנו את המהירות ההתחלתית שהפיצוץ היה צריך להתרחש בה כדי לאפשר לקרינת הגמא לברוח בזמן. אם הפיצוץ ממוקד מאוד, קרינת הגמא לא תתפשט. הבנו מכך כמה אנרגיה משתחררת ואת הצורה של הפיצוץ. הוא לא כדורי בצורתו אלא מעין סילון. הצלחנו גם להבין את זווית הפתיחה של הסילון".
איך יודעים שזה סילון?
"תחילה האור דועך לאט ואחר כך הוא דועך מהר יותר. מכאן אנחנו מבינים שזה סילון. כשהוא היה צר, הוא דעך יחסית לאט כי הרבה אנרגיה הגיעה לנקודה שמדדנו, ואחר כך הוא התרחב והאנרגיה שהגיעה למקום שמדדנו הייתה פחותה.
"העובדה שמדובר בסילון שינתה את התפיסה שלנו לגבי התדירות של הפיצוצים. אם הם מאוד כיווניים (כלומר, הפיצוץ אינו עגול אלא יש לו כיוון), כנראה את רובם אנחנו לא רואים. הם מכוונים את רוב האנרגיה שלהם למקום אחר. הגילוי הזה השפיע גם על ההערכה של האנרגיה המשתחררת בפיצוץ. הבנו שמשתחררת פחות אנרגיה מכפי שחשבנו קודם לכן, כי כל האנרגיה שמדדנו היא בכיוון שלנו. עדיין אלה פיצוצים מאוד אנרגטיים. עדיין נכון לומר שהם משחררים יותר אנרגיה מאשר האנרגיה של השמש בכל חייה".
וכל המידע הזה גרם לכם לשער שהמקור של הפיצוץ הוא התנגשות כוכבים?
"נכון. אמרנו שיש שני סוגי פיצוצים כאלה, ארוכים וקצרים. הארוכים הם כנראה התפוצצות של כוכב בעל מאסה מאוד גדולה, כמו 30 פעמים השמש. הקצרים הם כנראה מיזוג של כוכבי ניוטרונים".
מה זה כוכב ניוטרונים?
"כוכב ניוטרונים הוא אחד האובייקטים הקיצוניים שיש ביקום. רק חור שחור הוא קיצוני ממנו. המאסה שלו היא כמו של השמש, אבל ברדיוס של 10 קילומטרים בלבד, נניח. כלומר, הוא דחוס מאוד. הדחיסות הגבוהה גורמת לפרוטונים ולאלקטרונים להתאחד לניוטרונים".
מה מהעולם המוכר לנו הוא ניוטרון?
"ניוטרונים קיימים בתוך גרעין של תא. אם הם חופשיים, הם מתפרקים לפרוטון ולאלקטרון. הם לא מרכיבים חומרים בכדור הארץ. אבל בכוכב ניוטרונים, בגלל הדחיסות, ההתפרקות נמנעת. אנחנו חושבים שהפיצוצים הארוכים מתרחשים כששני כוכבי מתנגשים זה בזה, ומאחר שמדובר בניוטרונים, גם החומרים שנופלים החוצה הם בעלי מאפיינים לא רגילים, וזה מה שמאפשר יצירה של אלמנטים כבדים, כמו זהב".
למעשה, מקורו של כל הזהב בעולם הוא כנראה בהתנגשויות בין כוכבי ניוטרונים. כוכבי הענק חגו לאט לאט זה סביב זה, וכוח המשיכה ההדדי הביא אותם קרוב יותר ויותר, עד שהתאחדו בזבנג גדול. אולי הם הפכו לכוכב אחר, אולי לחור שחור. אפשר לחשוב על טבעת זהב כעל מזכרת מהאירוע הזה שהתרחש רחוק כל כך.
שני חורים שחורים מתמזגים
לפני כשנה, הוכח לראשונה גם קיומם של גלי כבידה הקשורים קשר חזק להתנגשות של כוכבי הניוטרונים.
"כדי להבין מה הם גלי כבידה, נחשוב לרגע מה הם גלי האור", אומר סרי. "אם יש לנו מטען חשמלי, והוא רועד, הוא משדר גלים אלקטרומגנטיים. קצב הרעידות קובע את צבע האור - כחול, אדום, צהוב, גלי רדיו, גלי X וגלי גמא. כולם תדרים שונים של רעידות בשדה החשמלי. ואיך אנחנו חווים אותם? כאשר הגל פוגע במטען חשמלי אחר, נניח בקולטן של אור בעין שלנו, ומרעיד אותו. אותו רעיון מתקיים לגבי גלי קול - משהו מרעיד את האוויר והאוויר מרעיד את שערות האוזן שלנו.
"תורת היחסות של אלברט איינשטיין ניבאה שיש דבר כזה גם בגרביטציה. אם מאסה רוטטת, היא תיצור תדר על פני כוח המשיכה, כלומר, כוח המשיכה לא יהיה כל הזמן אותו דבר. ואיך מרגישים את זה מהצד השני? גם בכך שהוא ירעיד אותנו. רעד יוצר גל שיוצר רעד. אם אנחנו יושבים כאן זה ליד זה ועובר גל גרביטציה, הוא ישנה את המרחק בינינו.
"כאשר שתי מאסות ענקיות כמו כוכבי ניוטרונים חגות זו סביב זו, למשל לקראת התנגשות אפשרית ביניהן, זה גורם לגל גרביטציה לצאת כלפינו ואז גם המרחק בינינו גדל וקטן מאות פעמים בשנייה. השינוי הזה הוא מאוד מאוד זעיר, משום שעד שגלי הגרביטציה מגיעים אלינו הם נחלשים מאוד. אבל ככל ששני עצמים רחוקים יותר זה מזה, כך השינוי שגל הגרביטציה יוצר ביניהם הוא גדול יותר.
"אז הקימו גלאים - יש אחד בארה"ב, אחד באיטליה, ומקימים כעת אחד ביפן - שכוללים שני רכיבים זעירים ורגישים במרחק של 4 קילומטרים ביניהם. משום שגלי הכבידה כל כך רחוקים מאיתנו, התנועה של החלקיקים אלה לעומת אלה היא שבריר של מיליונית של גודל של אטום.
"וכאשר אנחנו רואים את הרעד הזה, ואנחנו רואים שתדירות הרעד הולכת וגדלה, אנחנו מבינים ששני חורים שחורים הולכים ומתקרבים זה לזה במהירות הולכת וגדלה, עד שהם מתמזגים".
כלומר, לא ראיתם את החורים השחורים מתמזגים. אף אחד לא ממש ראה את זה בטלסקופ.
"זה למעשה טלסקופ, רק שבמקום למדוד אור נראה, הוא מודד קרינה גרביטציונית. אפשר להסתכל על תדירות הרעידות ועל העוצמה שלהן. הן הלכו ונהיו בתדירות יותר גבוהה ובעוצמה יותר חזקה, עד שהן נעצרו. זה נתן ביטחון שבעצם מדדנו מיזוג של שני חורים שחורים".
ומה לגבי התנגשות כוכבי הניוטרונים?
"היא נצפתה בגלאים רק פעם אחת. מצד אחד, זו תופעה קצת פחות עוצמתית מהתמזגות בין כוכבים שחורים, ומצד אחר, היא יותר עשירה. כשמתמזגים שני חורים שחורים, הם הופכים לאחד. כאשר חור שחור מתמזג עם כוכב ניוטרונים או שני כוכבי ניוטרונים מתמזגים, יש פליטה של חומר וקרינה כמו שתיארנו".
אז הרעידות האלה באמת ניבאו את התופעה השמימית שראיתם דרך הטלסקופ.
"נכון, וגם מדדנו את קרינת הגמא ואיששנו את התיאוריה שקרינת הגמא נפלטת כשכוכבי הניוטרונים מתנגשים".
"תהיה התנגשות לידנו, השאלה היא רק מתי"
סגרת מעגל עם הדוקטורט שלך. אילו שאלות נותרו פתוחות?
"אנחנו לא יודעים עדיין אם ההתנגשות שצפינו בה הייתה של כוכב ניוטרונים בחור שחור, או של שני כוכבי ניוטרונים, ואם זו התנגשות של ניוטרונים, האם מה שנוצר אחר כך הוא חור שחור, או כוכב ניוטרונים יותר גדול - או לפעמים כך ולפעמים כך כתלות בפרמטרים שונים, ומה יכולים להיות הפרמטרים.
"היינו רוצים גם לבחון האם באמת התנגשות כזו יכולה להסביר את הייצור של כל החומרים הכבדים בעולם, או רק חלק קטן ויש מקורות אחרים. כמו כן, אם היינו יכולים להתחיל לאמוד את תדירות ההתנגשויות, אולי היינו יודעים משהו על פיזור החורים השחורים ביקום, וזה היה מאפשר לנו להתחיל להבין איך הם נוצרים".
ואז גם נדע אם התנגשות עוצמתית כזאת אמורה לקרות לידנו?
"אפשר יהיה לחשב את התדירות שבה ההתנגשות מתרחשת ומתוך כך לחשב את התדירות שבה היא אמורה להתרחש ליד כדור הארץ. והיא תתרחש, השאלה היא רק מתי, אם זה קורה פעם במיליון שנה, או פעם במיליארד שנה"
וגם נדע כמה רחוק מכאן צריך לפזר את בני האדם כדי שיהיה סיכוי להשאיר אחרינו משהו אחרי הפיצוץ?
"משהו כזה. הייתי שמח אם ישראל הייתה מצליחה להשקיע במחקר מסוג זה קצת יותר. בישראל בכלל ובאוניברסיטה העברית פרט, יש לנו קבוצה מאוד חזקה של אסטרופיזיקאים שעוסקים בתיאוריה, אבל אין לנו גישה לטלסקופ גדול. אנחנו תלויים בשיתופי פעולה עם גופים אחרים. אם היו לנו טלסקופ וגלאים משלנו, היינו יכולים לקחת חלק יותר משמעותי בתגליות ולא רק בניתוח שלהן".
איך היית משכנע פוליטיקאי החותם על תקציב המדינה להקצות יותר משאבים לנושא הזה?
"המדע הבסיסי מגרה ומספק את סקרנותנו ונותן לנו משמעות בחיינו, יוצר את התשתית האנושית שהמדינה צריכה כדי להתפתח ונותן לה סיבה להיות פה. אולי אחר כך אותם אנשים יעשו מחקר יישומי יותר. היכולות שנבנות כדי לקדם את המדע הבסיסי בסופו של דבר מובילות לפריצות דרך טכנולוגיות שמשולבות במוצרים הטכנולוגיים של היומיום".
לאחרונה ראיינו את יורי מילנר, שהשקיע יותר מ-100 מיליון דולר בפרויקטים לחיפוש חיים מחוץ לכדור הארץ. כאסטרופיזיקאי, הפרויקטים שלו נראים לך ישימים?
"הרעיון פורץ הדרך שלו, להניע חללית קטנה באמצעות קרן אור במקום חללית גדולה עם הנעה עצמית, הוא מאוד שאפתני וידרוש פיתוח של טכנולוגיות שאין לנו עדיין. חשוב להציב מטרות שאינן כרגע בנות השגה כדי לאתגר את עצמנו. הפרויקט הזה הוא על הגבול שבין המדע הסביר למדע הבדיוני, אבל זה גם חלק מהחן שלו, אחרת הוא לא היה כל כך מרגש".