להבין את החורים השחורים
האסטרופיזיקאי התיאורטיקן ד"ר איתי ליניאל הוא אחד מ-24 חוקרים צעירים שזכו השנה במלגת המחקר היוקרתית של סוכנות החלל של ארצות הברית, נאס"א, במסגרת תוכנית המלגות באסטרופיזיקה על שם אדווין האבל (Hubble). ליניאל שוהה כעת בניו יורק במסגרת השתלמות פוסט-דוקטורט באוניברסיטת קולומביה ובמכון למחקר מתקדם בפרינסטון. מחקריו עוסקים באירועים קוסמיים עתירי אנרגיה, כמו קריעתם של כוכבים בשעה שהם נבלעים בחור שחור.
במסגרת המלגה, נבחר ליניאל לאחד מתשעה "עמיתי איינשטיין" – אנשי מדע שמחקריהם עוסקים בשאלות היסוד של היקום ובדרכי הפעילות שלו. המלגה מקנה מימון מלא לשלוש שנות מחקר באוניברסיטת ניו יורק (NYU).
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
בראשית 2 - הפרויקט נכנס להקפאה
מחלות ללא גבולות: חצבת ושמן כבד דגים
תרופה חדשה לשיכוך כאב
ליניאל החל את דרכו האקדמית באוניברסיטה העברית בירושלים, ובעבודת הדוקטורט שלו, בהדרכת פרופ' ראם סרי, חקר את פליטת הקרינה בשלבים המוקדמים ביותר של סופר-נובות – התפוצצויות של כוכבים גדולים. "בחנו את המאפיינים של הבזקי הקרינה הראשונים שאנו יכולים למדוד בפיצוץ כזה", אמר ליניאל לאתר מכון דוידסון. "את התחזיות שלנו יהיה אפשר לממש במדידות שצפוי לעשות טלסקופ החלל הישראלי אולטראסט שמפותח במכון ויצמן למדע ומיועד לשיגור בשנים הקרובות".
6 צפייה בגלריה
מנסה להבין איך נוצרים חורים שחורים על-מסיביים ואיך הסביבה שלהם נראית. איתי ליניאל
(צילום: רומי אטאס)
עבודת הדוקטורט זיכתה את ליניאל במלגת רוטשילד של האקדמיה הלאומית הישראלית למדעים ויד הנדיב. בהשתלמות הפוסט-דוקטורט הוא עבר לחקור את ההיבטים התיאורטיים של התהליכים עתירי האנרגיה המתרחשים סביב החורים השחורים הענקיים ששוכנים במרכזיהן של רוב הגלקסיות. "אני חוקר אירועים כמו בליעת כוכבים כדי לנסות להבין איך נוצרים חורים שחורים על-מסיביים כאלה ואיך הסביבה שלהם נראית", הסביר.
הצעת המחקר שזיכתה אותו במלגה היוקרתית עוסקת בתופעה מוזרה שקיבלה את השם Quasi-Periodic Eruptions, כלומר, התפרצויות מחזוריות למחצה, או בקיצור QPEs. אלו הם הבזקים בהירים של קרני רנטגן (קרני X) שנמשכים כשעה, ומופיעים במחזוריות של כמה שעות.
"כשהחור השחור קורע כוכב ובולע אותו, חלק מהגז שנותר מהכוכב הזה מסתדר בצורת דיסקה סביב החור השחור", אמר ליניאל. "במודל שהצעתי להסביר את התופעה, ה-QPEs נובעים מכוכב אחר שמקיף את החור השחור. כשהוא עבר דרך דיסקת הספיחה הזו הוא מתנגש בחומר שיש בה, ואת ההתנגשות הזו אנו רואים כפליטה של קרני X. התחזית שלנו הייתה שנראה אירועים כאלה אחרי שהחור השחור בולע כוכב. לפני כמה חודשים, במהלך תצפית על אירוע בליעה כזה, אכן נמדדו פליטות הקרינה המחזוריות כפי שציפינו".
"זה כבוד גדול לזכות במלגה הזאת", הוסיף. "נבחרו 24 זוכים מתוך כ-700 מועמדים. עבורי זו הזדמנות להוביל את המחקר בעצמי, להקדיש לו את מלוא זמני, לעבוד עם אנשים מובילים בתחום וליצור רשת של קשרים מקצועיים עם מלגאים אחרים, שתוביל לשיתופי פעולה מדעיים. התחום הזה מתפתח כל הזמן, יש הרבה תגליות חדשות, ואני מקווה להיות בין אלה שיובילו את המחקר בחזית הזאת בשנים הבאות".
ניסוי ישראלי במשימה הפרטית
ביום שני השבוע (שלישי לפנות בוקר בישראל), שוגרה מקייפ קנוורל בפלורידה משימת Fram-2, הכוללת ארבעה אסטרונאוטים פרטיים בחללית הדרגון Resilience של חברת ספייס אקס. זוהי הטיסה המאוישת הראשונה במסלול קוטבי – כלומר החללית מקיפה את כדור הארץ בניצב לציר הסיבוב שלו, והיא עוברת בכל הקפה מעל שני הקטבים. המשימה נקראת כך על שם הספינה הנורבגית פראם, שהפליגה בחוגי שני הקטבים בסוף המאה ה-19 ובתחילת המאה ה-20.
מפקד המשימה הוא גם המממן שלה, המיליארדר הסיני צ'ון ואנג (Wang) בן ה-43, שמתגורר כיום במלטה, ועשה את הונו מכריית מטבעות קריפטו. אנשי הצוות הם יאניקֶה מיקלסן (Mikkelsen) בת 38 מנורבגיה, מומחית בצילום תלת-ממדי ובטכנולוגיות מציאות רבודה; רבאה רוגה (Rogge) בת 30 מגרמניה, מומחית לחקר הקטבים ששוקדת כעת על עבודת דוקטורט המוקדשת לפיתוח כלי רכב אוטונומיים שיפעלו בסביבות קיצוניות; ואריק פיליפס (Philips), הרפתקן אוסטרלי בן 63 המתמחה בין השאר במסעות לאזורי הקטבים ובפיתוח ציוד למסעות כאלה. עבור ארבעתם זו טיסת החלל הראשונה.
המשימה אמורה להימשך עד חמישה ימים, ובמהלכה אמור הצוות לבצע שורה ארוכה של תצפיות וניסויים, שחלקם קשורים בקטבים. הם יסתייעו לשם כך בכיפת תצפית ייחודית שהותקנה בחללית. ארבעת חברי הצוות אמורים לעשות עוד ניסויים רבים אחרים, ביניהם ניסויים פיזיולוגיים על עצמם, בין השאר לחקר השפעות המיקרו-כבידה על גוף האדם. הם גם יעשו את צילום הרנטגן הראשון בחלל.
מטען מדעי נוסף שצורף למשימה הוא מעבדה אוטונומית זעירה של החברה הישראלית ספייס פארמה (SpacePharma), שעוסקת בפיתוח וייצור של מעבדות ממוזערות למחקר ולהפקת תוצרים בתנאי מיקרו-כבידה. מחקרים ראשונים מעידים שלחומרים כאלה יש פוטנציאל רפואי רב. הם כוללים למשל חלבונים שגובשו במיקרו-כבידה, ולכן המבנה המרחבי שלהם שונה מזה של חלבונים שיוצרו בכדור הארץ. בניסוי הנוכחי החברה בוחנת ייצור של תרופה, באו ליתר דיוק גיבוש של נוגדן מסוים בשירותה של חברת תרופות.
"הניסוי תוכנן להתבצע בתחנת החלל הבינלאומית, אך נדחה בשל עיכוב שחל במועד שיגורה של חללית האספקה סיגנוס", אמר לאתר מכון דוידסון מנכ"ל ספייס פארמה יוסי ימין. "הצלחנו בתוך פרק זמן קצר מאוד להשיג את השיתוף עם משימת פראם-2, והמעבדה היתה מוכנה לשיגור תוך שבועות ספורים. האתגר הגדול היה לזרז את התהליך שמתרחש בה: הניסוי בתחנת החלל היה אמור להימשך כחודש, ופה יהיו לנו רק קצת יותר משלושה ימים, כך שנצטרך להאיץ את התהליכים פי עשרה".
6 צפייה בגלריה
מעבדה שלמה במכשיר קטן יותר מקופסת נעליים. מעבדת הניסוי האוטונומית של החברה הישראלית
(צילום: SpacePharma)
אחת המטרות של הניסוי היא לבחון את תפקוד המערכת האוטומטית של החברה בתנאי קיצון: חלקם מושפעים ממסלול הטיסה הייחודי, שכרוך כנראה בחשיפה רבה מהרגיל לקרינה, משום שמעל הקטבים החללית נהנית פחות מההגנה מפני קרינה שמעניק השדה המגנטי של כדור הארץ. הבדל אחר הוא שהמשימה הזאת לא כוללת עגינה בתחנת החלל, שבה יש רטט מתמיד בזכות הגודל והמורכבות של המבנה, אך הוא נעדר בחללית קטנה אחת ויהיה מעניין לגלות אם יש לו חשיבות. תנאי קיצון אחרים יופעלו באופן מלאכותי בתוך המעבדה עצמה, כמו שינויי טמפרטורה וחומציות.
"זה ניסוי שלנו לעתיד, כדי לראות איך המעבדה מתפקדת גם בתנאי קיצון, או כשיש תקלות במכשור ובסביבת העבודה", אמר ימין. הניסוי במשימת פראם-2 הוא משימת החלל ה-11 של ספייס פארמה, ששיגרה עד כה שני לוויינים משלה, וביצעה שמונה ניסויים בתחנת החלל הבינלאומית.
משימת פראם-2 אמורה להיות המשימה המאוישת הראשונה של ספייס אקס שתנחת באוקיינוס השקט, מול חופי קליפורניה, ולא סמוך לחופי פלורידה. השינוי נועד לצמצם את הסכנה להתפזרות של שברים באזורים מיושבים, כגון פיסות ממגן החום של החללית ייקרעו מעליה במהלך הנחיתה. אחרי הנחיתה תועבר מערכת הניסוי של ספייס פארמה לטמפה שבפלורידה, שם ייבחנו הממצאים במעבדה, ויתגלו איך התגבשו החלבונים.
פרידה בעומק החלל
כ-12 שנים אחרי שיגורו לחלל כיבו המהנדסים של סוכנות החלל האירופית את מכשיריו של טלסקופ החלל המהפכני גאיה (Gaia), שמיפה את השמיים בהיקף ובפירוט חסרי תקדים. המשימה הסתיימה לאחר שאזל הגז הקר שהיה נחוץ לכוונון הטלסקופ ולתפעולו. הטלסקופ פעל עד כה סביב נקודת L2, במרחק 1.5 מיליון קילומטרים מכדור הארץ, שם האיזון בין כבידת הארץ לכבידת השמש מאפשר לשמור על מיקום קבוע עם נוף מרהיב לרחבי החלל, כמעט בלי לצרוך דלק. אחרי כיבוי המכשירים נשלח טלסקופ החלל למסלול רחוק יותר סביב השמש, שלא ייצור פסולת חלל סביב כדור הארץ או יפריע לפעילות אחרת של בני האדם בחלל.
6 צפייה בגלריה
נפרדים מהחללית עצמה, אבל לא מהמשימה.יידרשו עוד שנים לעבד את הנתונים. הדמיה של טלסקופ גאיה על רקע שביל החלב
( מקור: ESA)
"גאיה הוא כלי תשתיתי, שמניח תשתית להרבה מחקרים בנושאים שקשורים למערכת השמש, לשביל החלב כולו, וגם לגלקסיות אחרות", אמר למכון דוידסון פרופ' שי צוקר מאוניברסיטת תל אביב, החבר בצוות המדעי של הטלסקופ לצד פרופ' צבי מזא"ה, גם הוא מאוניברסיטת תל אביב, שמוביל את צוות החיפוש אחרי חורים שחורים באמצעות הטלסקופ. "אנו נפרדים כעת מהחללית עצמה, אבל לא מהמשימה. אנחנו עדיין שוקדים על עיבוד הנתונים שהיא אספה, ורק בשנה הבאה אנו צפויים לפרסם את סיכום הנתונים מחמש השנים הראשונות של המשימה. על פי ההערכות נשלים את פרסומם של כל הנתונים רק ב-2030, וגם אז יידרשו לנו עוד הרבה שנים לנתח את המידע".
צוקר הוביל את חיפוש כוכבי הלכת במערכות שמש אחרות באמצעות הטלסקופ גאיה. השיטה שהצוות שלו נקט היה חיפוש של "הסתרות", כלומר מצב שבו עוצמת האור הנמדד של כוכב מסוים יורדת מעט באופן מחזורי, דבר שעשוי להעיד על כוכב לכת שחולף בינו לבינינו. "בשחרור הנתונים השלישי של הטלסקופ פרסמנו רשימה של כוכבי לכת כאלה, אבל הם התגלו גם בטלסקופ החלל TESS. בשחרור הנתונים הבא יהיו עוד כוכבי לכת. גאיה צילמה את כל השמים כמה וכמה פעמים, כך שאנו יכולים לנצל את המעקב הממושך לאיתור כוכבי לכת עם מחזורים ארוכים יותר מאלה שאיתרו טלסקופים אחרים".
התגליות שנעשו בטלסקופ החלל גאיה נוגעות כמעט בכל תחום באסטרונומיה ובאסטרופיזיקה, החל באסטרואידים שחולפים ליד כדור הארץ וכלה בקווזארים שנמצאים במרחק של מיליוני שנות אור מאיתנו. "מעריכים ש-14 אלף מאמרים מדעיים התבססו על נתונים של גאיה, ממוצע של כ-2,000 מאמרים בשנה", סיכם צוקר. "זה מפעל עצום, ואין לנו תחושה של סיום כי עיבוד הנתונים שלו יימשך עוד שנים".
עצם העניין בטיסת חלל
שנים רבות אנו יודעים שאסטרונאוטים מאבדים מסת עצם ומסת שריר כשהם שוהים בתנאי מיקרו-כבידה, מחקר חדש, שנעשה על עכברים, ממחיש עד כמה אובדן העצם משמעותי. המחקר בהובלת מדענים מנאס"א וממכון המחקר Blue Marble בסיאטל בחן את מבנה העצמות של עכברות ששוגרו לתחנת החלל הבינלאומית בחללית דרגון של ספייס אקס, ושהו שם 37 ימים – מחקר המכרסמים הממושך ביותר בחלל.
6 צפייה בגלריה
שינוי בולט בצפיפות העצם. ראש עצם הירך של עכברה אחרי 37 ימים בחלל (מימין), לעומת העצם של עכברה ששהתה בתנאים דומים בכדור הארץ
( מקור: מאמר המחקר)
החוקרים התמקדו בעצמות הירך ברגליים האחוריות של העכברות, משום שהן אלה שנושאות את רוב המשקל של המכרסמים הקטנים בכדור הארץ. הם השוו את מצב העצם של העכברות מתחנת החלל לעכברות ביקורת שנשארו בכדור הארץ בתנאים דומים, וכן לעכברות ביקורת שנשארו בכדור הארץ, אך הוחזקו בכלובים זעירים שהגבילו מאוד את תנועתן. כדי לנטרל את הלחץ הפיזיולוגי (עקה, סטרס) של השיגור והטיסה לחלל, גם העכברות בקבוצת הביקורת עברו תהליך דומה.
החוקרים גילו כי בעצמות הירך של העכברות שהיו בחלל נוצרו חורים גדולים מאוד בהשוואה לאותן עצמות בקבוצת הביקורת. אצל עכברות הביקורת שתנועתן הוגבלה נוצרו גם כן חורים גדולים בעצמות, אבל פחות מאלה ששהו במיקרו-כבידה.
החוקרים בחנו גם את השינויים במבנה חוליות עמוד השדרה המותני. אצל בני אדם החוליות האלה נושאות חלק חשוב ממשקל הגוף, אבל אצל הולכים על ארבע תפקידן בנשיאת משקל מצומצם הרבה יותר, וגם ההבדלים בצפיפות העצם היו קטנים בהרבה. זה מחזק את ההערכה שהסיבה העיקרית לאובדן מסת העצם אינה הקרינה בחלל או השפעה סביבתית אחרת, אלא פשוט תנאי מיקרו-כבידה. כלומר בהיעדר שימוש, מתחיל תהליך של פירוק העצם וצפיפותה פוחתת. אם זו אכן הסיבה, שינויים בתזונה, למשל, לא צפויים להשפיע על התהליך, והפתאון היעיל ביותר שיש בידינו כיום הוא אימונים גופניים ופעילויות אחרות שנעשות מול התנגדות המדמה כבידה.
איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
