חוקר הסופרנובות

ד”ר יוסף זינאתי

יוסף זינאתי קיבל השבוע תואר דוקטור מהטכניון על מחקר סופרנובות בהנחיית פרופ’ חגי פרץ. בטקס שהתקיים בקמפוס הטכניון הוא צפה ממקום מושבו באוניברסיטת ג’ונס הופקינס, שם הוא שוהה ללימודי הפוסט-דוקטורט.

זינאתי, 37, גדל במשפחה דרוזית בכפר אבו-סנאן הסמוך לעכו. לאחר שהתייתם מאביו בגיל 11 החל לעבוד, במקביל ללימודיו, כדי לסייע בפרנסת המשפחה.

כל זה לא הפריע לו להיות תלמיד מצטיין ולהתקבל לעתודה. את התואר הראשון – בגאו-אינפורמציה ופיזיקה – הוא השלים בטכניון ובאוניברסיטת ת”א במסגרת העתודה והשירות הצבאי. במהלך שירותו הוא השלים (בהצטיינות יתרה) תואר שני באוניברסיטת ת״א וזכה בפרס מפקד חיל האוויר ובפרסים נוספים מגופים שונים במשרד הביטחון ובתעשייה האווירית.

“הציעו לי להישאר בצבא, לקבל קידום לדרגת סא”ל ולהשלים דוקטורט בפיזיקה על חשבון הצבא. היו גם הצעות בעולם ההייטק ובתעשיות הביטחוניות, אבל בחרתי בלימודים במסגרת האזרחות. בשירות הצבאי פגשתי אנשים שהשפיעו עלי לטובה אך החלטתי לצאת לדרך שחלמתי עליה. כך חזרתי הביתה, לטכניון, הפעם כדוקטורנט”.

ד”ר יוסף זינאתי והמנחה שלו בטכניון פרופ’ חגי פרץ

זינאתי הוא הדרוזי הראשון שהשלים תואר דוקטור בפיזיקה בטכניון והוא מייחל לצעירים נוספים מהמגזר הדרוזי והערבי שישתלבו במחקר בטכניון בכל תחום מדעי-הנדסי. “מחקר הדוקטורט שלי עסק בחקר הפיזיקה והמקור של  סופרנובות מפיצוצים תרמו-גרעיניים של ננסים לבנים, שמייצרות חלק ניכר מהיסודות ביקום (מלבד מימן והליום). בנוסף הן מהוות כלי תצפיתי יעיל למדידת תכונותיו היסודיות של היקום ושל אופן התפשטותו ולכן מעסיקות חוקרים רבים המנסים להבין בין השאר כיצד הן נוצרו.”

“קבוצת המחקר הקטנה שלנו בפקולטה לפיזיקה אינה נופלת בהישגיה מקבוצות גדולות בעולם העוסקות בתחום הזה,” סיפר זינאתי. “המנחה שלי בלימודי הדוקטורט, פרופ׳ חגי פרץ, זכה במענק המחקר היוקרתי ERC. הדוקטורט היה אתגר גדול, מסע אל הלא נודע. ללא המשפחה שלי, וגם ה’משפחה’ בפקולטה – משתלמים וחברי סגל יוצאי דופן ובמיוחד קבוצת המחקר של פרופ’ פרץ – לא הייתי מגשים את החלום הזה. חשוב לי לציין גם את הפתיחות של פרופ׳ פרץ לשיתופי פעולה שלי עם מדענים אחרים ממקומות שונים בזמן הדוקטורט, פתיחות שאינה ברורה מאליה. ההישגים שלנו מוכיחים כמה הפתיחות הזאת הייתה חשובה.”

תיאור המודל המוצע לסופרנובות SNe. המודל מתאר את חיי הסופרנובה מתחילת היווצרות הכוכב ועד מותו ושיגור החומר לחלל

לדברי פרופ’ פרץ, “יוסף הוא סטודנט מיוחד שהתגבר על  קשיים רבים וגדולים שבהם הוא נתקל בדרך. הוא התגבר על כולם וסיים דוקטורט מרשים באחד מהנושאים המורכבים ביותר במחקר האסטרופיזיקלי בן ימינו – שאלות מהותיות לגבי מקורן של הסופרנובות המייצרות חלק ניכר מהחומרים המרכיבים את היקום, את כדור הארץ ואותנו בני האדם. אחד הדברים המייחדים אותו ביותר הוא האש הפנימית והאש שיש לו בעיניים. יש סטודנטים מעטים עם כזאת מוטיבציה וכזאת סקרנות למחקר ועם חריצות כמו אלו שיש ליוסף. הוא הרוויח בכבוד את כל הישגיו ובהתאם לכך גם זכה במלגות יוקרתיות בדוקטורט וכעת גם לפוסט-דוקטורט באחת האוניברסיטאות המובילות בעולם, ג’ונס הופקינס.”

ד”ר זינאתי חתום על 10 מאמרים במסגרת הדוקטורט, בחלקם כמחבר ראשי, אחד מהם יתפרסם בכתב העת היוקרתי Physics Review Letter. חמישה מהמאמרים עוסקים בשלהי חייהם של כוכבים לא כבדים – כוכבים שמסתם ההתחלתית פחותה מ-8 מסות שמש. לדבריו, “כוכבים אלה אמורים לסיים את חייהם כסופרנובה מסוג Ia, המתוארת על ידי מנגנון פיצוץ של בריחה תרמו-גרעינית (thermonuclear runaway supernovae). בתהליך זה מתלקח הכוכב במהירות ונוצרות אנרגיה עצומה מאוד וכמות רבה של ניקל 56 (NI56). הדעיכה הרדיואקטיבית של ניקל היא הסיבה לבהירות הרבה של הכוכב המתפוצץ.”

במחקר נוסף פיתח זינאתי מודל שהציע פרופ’ בראיין מצגר מאוניברסיטת קולומביה ניו-יורק. “לקחנו את המודל הזה, שמתאר כ-50% מהסופרנובות, והפכנו אותו למודל פיזיקלי רחב יותר הכולל פחות הנחות.” המודל המעודכן מורכב ממערכת בינארית המכילה כוכב ניוטרונים וננס לבן. “כאשר הננס הלבן מתפרק בגלל כוחות הגאות בינו לבין כוכב הניוטרונים נוצר טורוס (טבעת) מסביב לכוכב הניוטרונים. תוך זמן קצר – עשרות שניות עד 200 שניות לכל היותר – מתרחשת שורה של תהליכים פיזיקליים המביאים ליצירת גז הלם על-קולי, שהוא הפיצוץ. במאמרים שלנו אנחנו מסבירים באילו מקרים יתרחש תהליך זה ומה עוצמת הפיצוץ בסיטואציות שונות.”

עקומת האור של הכוכב לאחר ההתפוצצות. על פי העקומה, הבליטה והדעיכה הרדיואקטיבית אפשר להבין ולסווג את סוג הפיצוץ

במאמר אחר, שהוא מקווה שיתקבל בקרוב, לכתב עת יוקרתי, מוצג מודל של שני ננסים לבנים המתמזגים יחד ויוצרים פיצוץ כאשר המסה הסופית שלהם עוברת גבול נתון (גבול מסת צ’נדראסיקר). במאמר מוצגת סימולציה של התמזגות שני ננסים לבנים בעלי מסות שונות. זאת באמצעות תוכנה המדמה אבולוציה של כוכבים.

זינאתי קיבל לא מעט הצעות לפוסט-דוקטורט ובסוף בחר כאמור באוניברסיטת ג’ונס הופקינס, שם הוא חוקר היווצרות אלמנטים כבדים (r-process) ממיזוג של שני כוכבים נויטורנים וחורים שחורים. לשמחתו הוא זכה בשני פרסים התומכים בו בפוסט דוקטורט – פרס-מלגה של האוניברסיטה (JHU postdoc fellow) ופרס של ות”ת (הוועדה לתכנון ולתקצוב) לפוסט-דוקטורנטים מהמגזרים הלא יהודיים.