החשפן בקצה היקום
כוכבים כבדים, גדולים בהרבה מהשמש שלנו, מסיימים את חייהם בפיצוץ אלים - סופרנובה. מחקר בינלאומי בהשתתפות חוקרים ממכון ויצמן למדע גילה סופרנובה מסוג חדש, המתרחשת במנגנון שאינו ברור לגמרי למדע.
בשנת 2021 זיהו חוקרים בטלסקופ בקליפורניה עצם בוהק באופן חריג בגלקסיה רחוקה יותר משני מיליארד שנות אור מאיתנו. "כשמזהים עצם שמימי שמשתנה במהירות, הדבר הראשון שאנו עושים לרוב זה למדוד את הספקטרום שלו", הסביר פרופ’ אבישי גל-ים מהמחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה במכון ויצמן, בהתייחסו לאורכי הגל השונים באור שהעצם פולט. בדרך כלל הספקטרום של סופרנובות מראה שהן מכילות בעיקר את היסודות הקלים ביותר, מימן והליום. “הספקטרום של האובייקט הזה הצביע על כך שהוא מכיל בעיקר צורן (סיליקון), גופרית וארגון. מעולם לא ראינו דבר כזה”, אמר גל-ים לאתר מכון דוידסון.
(הדמיה: מצפה קק / אדם מקרנקו)
במהלך חייהם מתרחש בכוכבים היתוך גרעיני, שבו אטומי המימן מתחברים זה לזה ומתקבל הליום. בשלבים מאוחרים של חיי הכוכב, במיוחד בכוכבים כבדים, כשהמימן מתכלה מתחיל היתוך של ההליום ליסודות כבדים יותר, כמו פחמן וחמצן. אלה בתורם עוברים איחוי ליסודות כבדים מהם, כמו סיליקון וגופרית, ובסופו של דבר גם אלה עוברים היתוך גרעיני לברזל וליסודות קרובים אליו.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
אנטיביוטיקה עם הגנה כפולה
לשקם את הלב על ידי הגֵנים
מחלות ללא גבולות: החצבת הורגת, הקורונה מתפשטת
לפי התיאוריה המקובלת, כוכבים בשלבים האלה מסודרים בשכבות, כמו בצל: ליבה כבדה מברזל בפנים, עטופה בשכבת סיליקון וגופרית, עטופה בשכבת פחמן וחמצן, ובשכבות החיצוניות ביותר – המימן וההליום שנשארו. בסופרנובה, ולפעמים בשלבים שקודמים לה, הכוכב משיל מעליו חלק מהשכבות החיצוניות, אבל עד כה זיהו חוקרים לכל היותר כוכבים עם שכבה חיצונית של פחמן וחמצן – לא יסודות כבדים יותר.
4 צפייה בגלריה
סופרנובה חשופה במיוחד: לאחר שאיבד את שכבותיו החיצוניות, נותר הכוכב עם ליבה של חמצן, גופרית וסיליקון (הנקודה הזוהרת במרכז) והמשיך לפלוט חומר עשיר בסיליקון (אפור), גופרית (צהוב) וארגון (סגול)
(איור: מצפה קק / אדם מקרנקו)
4 צפייה בגלריה
לאחר הפיצוץ הגדול, נותר ענן בין-כוכבי של גז ואבק המורכב מהיסודות סיליקון (אפור), גופרית (צהוב) וארגון (סגול)
(איור: מצפה קק / אדם מקרנקו)
"מצאנו את הכוכב בשלב הראשון של הפיצוץ, אבל בזכות סוג הסופרנובה ושיטות האנליזה שלנו, אנו יכולים לקבוע שגם לפני הפיצוץ זה היה ההרכב של הכוכב", הסביר גל-ים לאתר מכון דוידסון. "אנו בדרך כלל לא רואים כוכבים כאלה, שהתפשטו מהשכבות החיצוניות שלהם, ועדיין אין לנו הסבר לתופעה שהביאה אותו למצב הזה. מצד אחד, הגילוי מאשש את המודל שמסביר את תהליכי ההיווצרות של היסודות הכבדים בכוכבים. מצד שני, זה מציב לנו ולתיאורטיקנים שעוסקים בתהליכים כאלה אתגרים חדשים – כי יש פה תהליכים לא ברורים שמפשיטים את הכוכב הזה".
קבוצת המחקר של אבישי גל-ים עוסקת בדיוק בתופעות האלה, השלבים הראשונים של פיצוצי כוכבים, מוביל המחקר, סטיב שולצה (Schulze) מאוניברסיטת נורת’ווסטרן בארצות הברית, פנה אליו לפיכך עם הנתונים הראשוניים על הספקטרום של הסופרנובה, שקיבלה את השם SN 2021yfj. גל-ים פענח את הנתונים והציג את המודל של הרכב הכוכב שעליו מבוסס המאמר בנושא, שהתפרסם השבוע בכתב העת Nature. בניתוח הנתונים ובמחקר השתתפו גם ערן אופק, אלי וקסמן, עופר ירון, דורון קושניר, עידו אירני, ארז צימרמן ורחל ברוך.
כוכבים כאלה וסופרנובות כאלה כנראה נדירים מאוד, כי עד כה התופעה הזו לא נראתה שוב, גם בארבע השנים שחלפו מאז הגילוי שלה. זאת אחת הסיבות שהיא מסקרנת את החוקרים, שרוצים להבין אם תהליך ההתפשטות של הכוכב משכבותיו החיצוניות הוא באמת כה נדיר. “לפעמים יש תהליכים שהם באמת מאוד ספציפיים, ויוצרים תופעות נדירות”, סיכם גל-ים. “אבל לפעמים כשנתקלים בתופעה מיוחדת, מגלים שעומד מאחוריה מנגנון שפועל בכוכבים רבים, ואז זה יותר מעניין".
העשיריה הפותחת
כשחברת SpaceX החלה את הניסויים במערכת השיגור הענקית סטארשיפ באפריל 2023, ספק אם מישהו בחברה חשב ששנתיים וחצי לאחר מכן הם עדיין יימצאו בשלב מוקדם כל כך. ערב טיסת הניסוי העשירית החללית עוד לא ניסתה אפילו טיסה מסלולית סביב כדור הארץ, תמרון לנחיתה אנכית על הקרקע, תדלוק בחלל, הצבת מטענים במסלול ועוד שורה ארוכה של יעדים שהחברה תכננה לסמן עליהם “וי” לפני זמן רב.
היו לסטארשיפ גם לא מעט הצלחות, ובראשן נחיתות מוצלחות של טיל השיגור הענקי סופר-הבי, ולכידה שלו במגדל השיגור שלוש פעמים. ועדיין, התחושה היא שהפרויקט קצת תקוע, בעיקר מאז שהחברה החלה לשגר את הדגם החדש והמוגדל של החללית, בלוק 2. בשני הניסויים הראשונים, טיסת המבחן השביעית והשמינית של המערכת כולה, הדגם הזה התפוצץ באוויר דקות אחדות לאחר השיגור. בניסוי התשיעי, בחודש מאי השנה, בלוק 2 סוף סוף הגיע לחלל, אבל נכנס לסחרור עקב תקלה, וחזר לאמטוספרה בלי יכולת להפנות מטה את מגן החום, מה שהוביל להשמדת החללית בגובה 60 קילומטרים בערך. אם לא די בכך, החללית שיועדה לטיסת הניסוי העשירית התפוצצה במהלך תדלוק לקראת ניסוי הפעלת מנועים על הקרקע, לפני כחודשיים.
שיגור ספינת החלל לניסוי התשיעי
(SpaceX)
נוכח התלאות האלה אמורה ספייס אקס לשגר את טיסת הניסוי העשירית של סטארשיפ בלילה בין ראשון לשני שעון ישראל, אם לא יהיו דחיות. הניסוי אמור להיות דומה מאוד למתווה הניסויים הקודמים: שיגור מבסיס החברה בטקסס לטיסה שתגיע לגובה כ-250 קילומטר, בלי להיכנס למסלול סביב כדור הארץ. המסלול הבליסטי יבטיח שגם בלי שליטה על החללית היא תיפול באזור המיועד לניסוי הנחיתה, באוקיינוס ההודי.
המתווה המלא של הניסוי כולל הפעלה מחדש בחלל של אחד מששת מנועי החללית והצבה של לווייני דמה בחלל. לאחר מכן הכוונה היא לבצע כניסה מבוקרת לאטמוספרה, שתכלול בחינה של כמה סוגי אריחים של מגן החום, ואת תפקודם בכמה תנאים. כמו כן תיבחן עמידות החום של כנפוני ההיגוי ושל מערכת התפיסה, שאמורה בעתיד לאפשר נחיתה של החללית על מגדל השיגור. אם הכול ילך כשורה, החללית תבצע תמרון נחיתה מעל הים, לפני שתצלול לתוכו.
בחברה לא מתכננים לכידה נוספת של טיל השיגור במגדל בניסוי הזה, אלא הדמיית נחיתה מבוקרת מעל מי מפרץ מקסיקו. הניסוי של טיל השיגור יכלול תמרון היפוך מיד לאחר הניתוק מהחללית, מה שמיועד לחסוך דלק בנחיתה עצמה. לאחר מכן יבחנו בחברה תמרון נחיתה עם שני מנועים במקום שלושה, ואת האפשרות להשתמש במנוע אחר במקרה שאחד משלושת המנועים שמיועדים לתמרון הנחיתה מפסיק לעבוד.
ספייס אקס הציגה לאחרונה את תוצאות הבדיקה שלה לכישלון הניסוי התשיעי. לדבריה, הכשל בחללית נבע מתקלה במערכת שתפקידה לאזן את לחץ הדלק במנועים. התקלה הובילה לדליפה של אדי דלק בתוך החללית, והלחץ הגבוה פגע בתפקוד מערכת ההכוון ומנע את פתיחת דלת המטען להצבת לוויינים. החברה גם איתרה את הסיבה לפיצוץ מוקדם של טיל השיגור במהלך תמרון הנחיתה שלו מעל הים, וקבעה כי מדובר בלחצים מכניים גדולים מדי שפעלו על אזורים מסוימים בו.
העיכוב בפיתוח מערכת סטארשיפ אינו פוגע רק בספייס אקס עצמה, אלא גם בשותפות שלה, ובראשן סוכנות החלל של ארצות הברית, נאס”א. סטארשיפ נבחרה להיות רכב הנחיתה על הירח במשימות המאוישות הראשונות של תוכנית ארטמיס. הנחיתה הראשונה נדחתה שוב ושוב – לא רק באשמת ספייס אקס – וכרגע מתוכננת רשמית ל-2027. אף על פי שהמשך קיומה של התוכנית במתכונת המתוכננת אינו מובטח בגלל קיצוצי התקציב של הממשל, התקדמותה בכל מתווה תלויה בספקים חיצוניים, ובראשם ספייס אקס.
עם זאת, שר התחבורה של ארצות הברית, שון דאפי (Duffy), המשמש ממלא מקום ראש סוכנות החלל, אמר לפני כשלושה שבועות שאינו מודאג מהעיכובים בחברה. “לספייס אקס יש תהליך ייחודי שבו הדברים לא עובדים, לא עובדים, לא עובדים, כולם חושבים שהם בפיגור, ולפתע הם מגיעים לקו המטרה”, אמר דאפי. “זה נראה דומה לתהליכים שהם עברו בעבר: הם לומדים משגיאות ואז מגיעים במהירות לקו הסיום”.
חלבונים ישראלים בתחנת החלל
עוד לפני השיגור של סטארשיפ, ביום ראשון בבוקר (שעון ישראל) אמורה חברת ספייס אקס לשגר מבסיס החלל בפלורידה חללית דרגון לא מאוישת עם אספקה וציוד לתחנת החלל הבינלאומית. הפעם המשלוח כולל ניסוי מדעי נוסף של החברה הישראלית ספייס פארמה, שמפתחת ומפעילה מעבדות אוטונומיות ממוזערות למחקר וייצור בתנאי מיקרו-כבידה.
המעבדה היא קופסה קטנה יותר מקופסת נעליים, ובתוכה מתבצעים ניסויים רבים במערכות ממוזערות, חלקן מיקרוסקופיות ממש. יש סיבה טובה לבצע את הניסויים האלו דווקא בחלל: תהליכים מסוימים, כמו התגבשות של חלבונים, מתקיימים במיקרו-כבידה באופן שונה מאשר על כדור הארץ. כך הניסויים יכולים להניב תצורות של חלבונים, כמו נוגדנים למשל, יעילים יותר מאלה שמיוצרים בשיטות הרגילות.
אחד הניסויים במעבדה שמיועדת כעת לשיגור הוא ZePrion 2, שנעשה בשיתוף מעבדות מחקר באיטליה וספרד, ונועד לסייע לחוקרים לפענח את הגורמים למחלת קרויצפלד-יעקב. זו מחלה תורשתית שנגרמת מפריונים – חלבונים שמתקפלים באופן שגוי וגם גורמים לחלבונים אחרים לעשות זאת, עד להרס של רקמת המוח. זהו ניסוי המשך לניסוי שעשתה ספייס פארמה בתחנת החלל הבינלאומית לפני כשנתיים.
“המחלה היא מחלה תורשתית דומיננטית, שעלולה להתפרץ אצל כל מי שנושא את הגן, ויש כנראה עשרות אלפים נשאים כאלה בישראל, לא כולם מודעים לכך. בכל שנה המחלה מתפרצת אצל 50-40 בני אדם בישראל בלבד, והמטרה שלנו היא לפתח דרכים לאבחון מוקדם שלה, ובהמשך גם למניעה”, אמרה למכון דוידסון אליס ענן, מייסדת ומנהלת עמותת “קרן קרויצפלד-יעקב ישראל”, שיזמה את הניסויים בחלל.
בניסויים במיקרו-כבידה יתמקדו החוקרים באחד החלבונים שהקיפול השגוי שלו יוצר את הפריונים. בתנאים האלה תהליכי הקיפול איטיים יותר והצפיפות נמוכה יותר, לכן אפשר להתחקות אחר השלבים השונים של קיפול החלבון, ולחפש מולקולות שייצמדו אליו, ישמרו את המצב התקין וימנעו את הקיפול השגוי.
היתרון הגדול במעבדות של ספייס פארמה הוא שהן אינן דורשות שום מעורבות של אסטרונאוט בניסוי, מעבר לחיבור לחשמל ולתקשורת בתחנה. לאחר מכן הן עצמאיות לגמרי. “בניסוי הזה החוקרים שלנו ושל האוניברסיטאות ישלטו במעבדה מרחוק, וינסו לעשות אופטימיזציה של הריכוזים שבהם התהליכים מתנהלים ביעילות הגבוהה ביותר מבחינתנו. הם שולטים מכדור הארץ בריכוז החומרים, בטמפרטורה, בחומציות ועוד”, הסביר למכון דוידסון יוסי ימין, המייסד והמנכ”ל של ספייס פארמה ישראל. “זה קורה בשבבים שאנו פיתחנו ושיכולים לבדוק תהליכים במהירות רבה, ולהריץ עשרות ניסויים במקביל”.
המעבדה של ספייס פארמה אמורה לשהות בתחנת החלל ארבעה חודשים. בסיום הניסויים מקפיאים החוקרים את התוצרים, בשליטה מרחוק כמובן, ולאחר החזרת התיבה לכדור הארץ, הדגימות נאספות ומועברות לניתוח במעבדה.
“הניסוי שלנו נועד לעזור למצוא תרופה לחולים בכל העולם, ועשוי להשפיע גם על טיפולים במחלות נוספות שפוגעות במערכת העצבים המרכזית”, סיכמה ענן. “בישראל, שבה שיעור הנשאים גבוה יחסית, זה נוגע לנו ברמה הכי אישית”.
עכברים רוסים בחלל
רוסיה שיגרה השבוע לוויין ובו יצורים חיים, בהם עכברים וזבובים, למשימה של חודש בגובה 380 קילומטרים סביב כדור הארץ, כדי לחקור את השפעת תנאי המיקרו-כבידה והקרינה על תהליכי חיים. הלוויין BION-M No. 2 שוגר ביום רביעי מבסיס החלל הרוסי בקזחסטן. הוא נושא 75 עכברים, כאלף זבובי תסיסה, תרביות תאים, מיקרואורגניזמים וזרעי צמחים. זוהי משימת המשך ללוויין המחקר הביולוגי BION-M1, ששוגר ב-2013 ובו מכרסמים, דו-חיים, זוחלים, פרוקי רגליים ועוד. משימת ההמשך נועדה לשיגור ב-2017, אך נדחתה שוב ושוב – עד השבוע.
בשונה מהמשימה הקודמת, שגם היא ארכה כחודש, המשימה הנוכחית תקיף את כדור הארץ במסלול שעובר מעל הקטבים. המשמעות היא חשיפה גבוהה הרבה יותר לקרינה קוסמית. במהלך המשימה יעקבו החוקרים אחר מצבם של בעלי החיים והתרביות בעזרת מצלמות וחיישנים. בסיום המשימה תצנח הקפסולה עם היצורים החיים לכדור הארץ, והחוקרים יוכלו לבחון כיצד השפיעו התנאים בחלל על המערכות הביולוגיות.
הלוויין גם נושא סימולנטים של אדמת ירח, כלומר חיקויים שיוצרו בכדור הארץ על פי הרכב החומרים שנמצא בדגימות מהירח. סימולנטים כאלה משמשים בניסויים הדורשים כמויות גדולות יחסית של אדמת ירח, כמו גידול צמחים בתוכה או הפקת מינרלים ממנה. רוסיה היא אחת השותפות של סין בתוכניתה להקמת בסיס על הירח, וייתכן שהניסוי הזה נועד להפיק סימולנטים שחוו תנאים דומים יותר לאלה של הירח, לצורך ניסויים כאלה.
איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
