האם כוכבים מאסיביים ביקום הקדום גם חיים בזוגות?

מחקר חדש של בית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב מגלה כי מרבית הכוכבים המסיביים שנוצרו בראשית היקום נוצרו כמערכות זוגיות בדומה לכוכבים המסיביים שנוצרים בגלקסיה שלנו. צוות החוקרים מעריך כי ממצאים אלו הם הראיה החזקה הראשונה לכך שכוכבים מאסיביים בינאריים היו נפוצים – ואולי אף נפוצים יותר – ביקום המוקדם. מערכות כאלה משפיעות במגוון רחב של דרכים, החל מהיווצרות חורים שחורים בכל הגדלים, דרך עיצוב סופרנובות אנרגטיות, ועד העשרת גלקסיות ביסודות כבדים.

המחקר נערך בהובלת ד"ר תומר שנהר מבית הספר לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב ובשיתוף ד"ר הוג סנה מאוניברסיטת KU Leuven בבלגיה וד"ר יוליה בודנשטיינר מאוניברסיטת אמסטרדם, הולנד. המחקר פורסם בכתב העת Nature Astronomy.

צוות החוקרים מסביר שכוכבים מסיביים – כאלה שמסתם עולה פי עשרה ויותר מזו של השמש – אחראים לשלל תופעות קוסמיות. כוכב מסיבי יחיד יכול לפלוט יותר אנרגיה ממיליון כוכבים דמויי שמש. הם מעצבים את מבנה ותכונות הגלקסיות בהן הם שוכנים, יוצרים את רוב היסודות הכבדים ביקום, ומסיימים את חייהם בפיצוצי סופרנובה רבי־עוצמה, שבסופם נותרים האובייקטים המסתוריים ביותר שאנו מכירים: כוכבי נויטרונים וחורים שחורים.

בגלקסייה שלנו, גלקסיית שביל החלב, ידוע שרוב הכוכבים המסיביים נולדים ב״מערכות בינאריות״– צמדים של כוכבים במסלול כה קרוב עד שהם מחליפים ביניהם חומר ולעיתים אף מתמזגים במהלך חייהם. אינטראקציות אלו משנות מין היסוד את מהלך חייהם ומותם של הכוכבים המסיביים.

בני לוויה לכוכבים

שאלת מפתח היא האם תופעה זו של ״זוגיות״ בקרב הכוכבים המסיביים אפיינה גם את הכוכבים המסיביים שנוצרו בראשית היקום. טלסקופ החלל ג’יימס ווב צופה כיום בגלקסיות הראשונות שנוצרו לאחר המפץ הגדול, וגלקסיות אלו מצביעות על נוכחות של אוכלוסיות ענק של כוכבים מסיביים, אך המרחקים האדירים אליהם מונעים בדיקה ישירה של מבנה המערכות הכוכביות שם.

ד"ר שנהר מספר: "כדי לעקוף מגבלה זו, פיתחנו סקר תצפיתי שנועד לחקור כוכבים כבדים דווקא בגלקסיה קרובה יחסית, אך כזו שמדמה את התנאים הכימיים של היקום הקדום. במסגרת הסקר Binarity at LOw Metallicity (BLOeM), ערכנו מסע תצפיות בן שנתיים בטלסקופ הענק VLT בצ’ילה, שבמהלכו נלקחו ספקטראות של כ־1,000 כוכבים מסיביים בענן המגלני הקטן – גלקסיה סמוכה בעלת הרכב כימי דל במתכות, הדומה להרכב של היקום הצעיר".

"ניתוח ספקטרלי של הנתונים מאפשר מדידה של תנועה מחזורית של הכוכבים, ובכך הסקה של קיום של בני לוויה לכוכבים", מוסיף ד"ר שנהר. "מניתוח מפורט של נתונים עבור 150 הכוכבים המסיביים ביותר, מצאנו שלפחות 70% מהם הם חלק ממערכות זוגיות קרובות. מדובר בראיה הישירה והמשכנעת הראשונה לכך שכוכבים מסיביים היו נפוצים במערכות זוגיות גם בתנאים ששררו ביקום הקדום, ואולי אף בשכיחות גבוהה יותר מאשר היום.

לסיכום, ממצא זה משנה את הבנתנו את התהליכים שעיצבו את היקום – מהיווצרות חורים שחורים בכל סדרי הגודל, דרך מאפייני פיצוצי הסופרנובה, ועד להעשרת גלקסיות שלמות ביסודות הכבדים הדרושים ליצירת כוכבים, כוכבי לכת, ואף חיים.