בשנת 1988 גילו אסטרונומים זוג כוכבים לא צפוי שזכה לכינוי "האלמנה השחורה" - נראה שהכוכב הכבד מבין השניים נתפס על חם כשהוא הורס את בן זוגו הקל מאוד. מאז התגלו עוד עשרות אלמנות שחורות. כיצד בני הזוג של האלמנות הגיעו למשקל כה נמוך? מהן התצפיות החדשות שיכולות לבדוק זאת? ומה הקשר לפירס ברוסנן?

מאת סיון גינזבורג, פוסט-דוקטורנט לאסטרונומיה באוניברסיטת קליפורניה, ברקלי

כשפומבה הסביר לטימון שהכוכבים הזרועים בשמיים הם כדורי גז בוערים [1], הוא שכח לציין שרבים מאותם כוכבים למעשה באים בזוגות - שני כוכבים הסובבים זה את זה באותו אופן שהירח סובב סביב כדור הארץ. המרחק בין הכוכבים הוא כמעט תמיד קטן מכדי שנוכל להבחין בעין בלתי מזויינת שמדובר בזוג ולא בכוכב בודד. כאשר שני הכוכבים בזוג מספיק רחוקים אחד מהשני, כל כוכב חי את חייו כאילו היה כוכב בודד, אבל כשהם מספיק קרובים, הם יכולים להשפיע זה על זה במגוון דרכים מעניינות. היום נדבר על סוג מאד מסוים של זוג כוכבים כזה המכונה "אלמנה שחורה".

סיפורנו מתחיל בשנת 1988, בטלסקופ הרדיו ארסיבו (שכיכב בסצנת הסיום באחד מסרטי ג'יימס בונד [2]), שם התגלה זוג מאוד משונה: כוכב אחד הוא כוכב נויטרונים [3] שהוא כוכב צפוף מאד - מסתו בערך כשל השמש, אבל רדיוסו כ-10 ק"מ בלבד. כוכב הנויטרונים בזוג מסתובב סביב עצמו כאלף פעמים בשנייה והוא בעל שדה מגנטי החזק פי כמאה מיליון מזה של כדור הארץ. כאשר מסובבים שדה מגנטי שכזה כל כך מהר, נפלטת קרינה בעוצמה גבוהה מהאנרגיה הנפלטת מהשמש. שינויים קלים בקרינה זו, כפי שנמדדו על ידי הטלסקופ, העידו על קיומו של בן זוג לכוכב הנויטרונים - במשקל נוצה של אחוזים בודדים ממסת השמש, המקיף את כוכב הנויטרונים כל תשע שעות. אותם שינויים בקרינה גם העידו על כך שבן הזוג מאבד חומר לחלל [4].

שלל העדויות הללו הוליכו לסברה הרווחת שבן הזוג הקל החל את חייו בתור כוכב רגיל, דומה מאד לשמש שלנו, והקרינה החזקה מכוכב הנויטרונים הקרוב מחממת את השכבות החיצוניות שלו כך שהן עפות לחלל - לאורך זמן נותרו ממשקל בן הזוג אחוזים בודדים [5]. השם "אלמנה שחורה", על שם מין העכבישים בו הנקבה (כוכב הנויטרונים) טורפת את הזכר (הכוכב הרגיל) לאחר ההזדווגות, נטבע באוניברסיטת בן גוריון ע"י דוד אייכלר ועמיר לוינסון במאמר משנת 1988 [6].

במשך עשרים השנים הבאות התגלו רק שתי מערכות דומות, אבל מאז שיגור טלסקופ החלל פרמי בשנת 2008, המספר זינק ליותר משלושים. בין היתר התגלו מערכות המכונות "אלמנות אוסטרליות" (redbacks), שלהן בן זוג במשקל "בינוני". אלו עשויות להיות החוליה החסרה - שלב זמני בהתפתחות בין בן זוג שהוא כוכב רגיל לבן זוג קל מאד שאיבד כמעט את כל מסתו [7].

ריבוי התגליות בשנים האחרונות מאפשר לנו לחקור כיצד המערכות האלו נוצרו והתפתחו. ספציפית, כיצד בדיוק בן הזוג איבד מעל 90% ממשקלו? האם הקרינה מכוכב הנויטרונים מספיק חזקה על מנת להסיר מסה מבן הזוג באופן ישיר? אפשרות אחרת היא שהקרינה מסירה רק חלק קטן ממסת בן הזוג, אבל המסה המועפת לוקחת איתה הרבה תנע, כך שזוג הכוכבים מתקרב זה לזה (הכוכב הקטן "מאבד גובה"). התהליך דומה לחלליות המתקנות את מסלולן ע"י פליטת כמות קטנה של גז במהירות גבוהה. בתרחיש זה, כשבן הזוג נדחף מספיק קרוב לעבר כוכב הנויטרונים, כוח הכבידה של כוכב הנויטרונים הוא זה שיקרע חומר מבן הזוג ויהפוך אותו עם הזמן מכוכב גאה כמו השמש לשריד מצ'וקמק השוקל רק כמה אחוזים ממנה. המנגנון שבאמצעותו כוכב הנויטרונים הורס את בן זוגו - קרינה, כבידה, או שילוב כלשהו ביניהם - עדיין נתון לויכוח.

התקדמות נוספת בתחום מתאפשרת בשנים האחרונות תודות לשיפור אמצעי התצפית מהקרקע. כאשר אור הכוכבים עובר דרך האטמוספרה של כדור הארץ, הוא מתעוות באופן המקשה עלינו לצפות בכוכבים חיוורים כמו בני הזוג של האלמנות השחורות. טכנולוגיה חדשנית (Adaptive Optics) מאפשרת להתמודד עם הבעיה וליצור תמונות חדות יותר באמצעות עיוות מראות הטלסקופ באופן המבטל את עיוותי האטמוספרה. כך בשנים האחרונות אנחנו צופים באופן ישיר בבני הזוג של האלמנות, שעד לאחרונה התגלו רק בצורה עקיפה. תצפיות מפורטות אלו מאפשרות לנו לפסול תיאוריות מסוימות ולאשש אחרות ובכך לפתור (בתקווה) את התעלומה בת 33 השנים של האלמנות השחורות: כיצד יחסי הגומלין בין זוג הכוכבים הביאו אחד מהם למשקל כה נמוך? התשובה תלמד אותנו על האינטראקציות המתרחשות בין כל זוגות הכוכבים הקרובים, אך בדרך כלל באופן פחות קיצוני.

לסיכום: לפעמים בטבע כוכב לכוכב זאב, או ליתר דיוק - עכביש.

קישורים נוספים ומקורות:

[1] מלך האריות

[2] ג'יימס בונד

[3] פוסט של "מדע גדול, בקטנה" על פולסרים וכוכבי נויטרונים באופן כללי

[4] מאמר הגילוי משנת 1988

[5] אחד ממאמרי התיאוריה הראשונים, משנת 1988

[6] השימוש הראשון בשם "אלמנה שחורה"

[7] גילוי מערכות חדשות בעשור האחרון וגילוי ה"אלמנות האוסטרליות"