צילום הרנטגן של היקום

בחודש ספטמבר 2023 שוגר לחלל XRISM, טלסקופ קרינת X שנועד להוביל לגילויים חדשים על היווצרות היקום, התפתחות של צבירי גלקסיות וקצה המרחב-זמן סביב חורים שחורים. פרופ’ אהוד בכר מהפקולטה לפיזיקה בטכניון, מומחה בגילוי קרינת X בחלל, הוא חבר בצוות המדעי המצומצם של משימת XRISM. במסגרת זו הוא מילא תפקיד חיוני בכמה תצפיות מרכזיות של XRISM בשנה הראשונה לפעולתו, וכמה מהדוקטורנטים בקבוצת המחקר שלו בטכניון מעורבים בפעילות זו.

החור השחור NGC 4151, הדמיה

ב-20 בספטמבר התקיים ביפן “תדרוך תקשורתי” ובו הוצגו ההישגים העיקריים של המשימה:

1. גילוי המבנה התלת-ממדי של שרידי הסופרנובה N132D בענן המגלני הגדול, גלקסיית לווין של שביל החלב שלנו, ואיתור ברזל בטמפרטורה גבוהה מאוד. השרידים, שנוצרו מהתפוצצות שהתרחשה לפני כ-3,000 שנה, מספקים חלון חסר תקדים לחייהם ולמותם של כוכבים מסיביים. התצפית של XRISM גילתה כי בניגוד להשערה המקובלת, שלפיה צורתם של שרידי N132D כדורית, מדובר בתצורת אבוב (או דונאט) המתפשטת במהירות של 1,200 קילומטר בשנייה. בהתפוצצות הסופרנובה נוצר ברזל, וגלי ההלם שנוצרו כתוצאה מן ההתפוצצות חיממו אותו לטמפרטורות גבוהות במיוחד – בסביבות 10 מיליארד מעלות צלזיוס.
2. גילוי המבנה שסביב החור השחור הענק בגלקסיה NGC 4151, הנמצאת כ-62 מיליון שנות אור מאיתנו. התצפיות של XRISM מספקות תובנות חסרות תקדים לגבי החומר המקיף את החור השחור שבמרכז הגלקסיה, שמסתו גדולה פי 30 מיליון ממסת השמש. בפרט, התצפיות מראות החזרת קרני רנטגן מגז בדיסקת הספיחה סביב החור השחור, שמסתחרר במהירות של עד 15,000 ק״מ לשניה. גילויים אלה מספקים מידע חדש באשר לגדילתם של חורים שחורים בהשפעת החומר שמסביבם.

טלסקופ XRISM בנוי משני מכשירים מדעיים מרכזיים: Resolve, שהוא ספקטרומטר היודע לזהות את האנרגיה (צבע) של פוטוני X בהפרדה גבוהה, ו-Xtend, מצלמה של קרני X. באתר של XRISM נכתב כי “במבט ראשוני נראה היקום קר, אפל וריק, אולם תצפיות קרני X מציירות תמונה אחרת לחלוטין: פלאזמה בטמפרטורה של  אלפי מעלות, סילונים הנפלטים מחורים שחורים, חלקיקים עתירי אנרגיה הנעים במהירות העולה על 99% ממהירות האור”. מערכת Resolve עורכת מדידות מדויקות של ה”צבעים” של קרני X, וזו היכולת שהופכת אותה למרכיב העיקרי במשימת XRISM. “מופעי הזיקוקים המעטרים את שמי הקיץ,” כך ממשיך התיאור באתר XRISM, “נובעים מיסודות שונים (מתכות) הזוהרים בטמפרטורות גבוהות – כל יסוד מפיץ את צבעו הייחודי בתגובה להתחממות.” באמצעות Resolve יכולה הקהילה המדעית למפות את היסודות השונים המשוטטים ביקום ועל פיה לגלות עובדות רבות ומגוונות הנחלקות  לשלושה תחומים עיקריים: “טביעת האצבע” של צבירי גלקסיות, שהם המבנים הגדולים ביקום; “המתכון להיווצרות יסודות כימיים ביקום”; ו”קצה המרחב-זמן סביב חורים שחורים”.

ניתוח המידע על החור השחור NGC 4151(צילום: סוכנות החלל היפנית, סוכנות החלל האירופית)

לדברי פרופ’ בכר, “ספקטרומטר Resolve הוא מהפכה טכנולוגית. הגלאי שלו בנוי מפיקסלים על-מוליכים המוחזקים בטמפרטורה נמוכה. כל פגיעה של פוטון X בפיקסל מעלה את הטמפרטורה ומשנה את התכונות החשמליות שלו, וכך מתאפשרת מדידה מדויקת – מדויקת באופן חסר תקדים – של אנרגיית הפוטון. Resolve עובד כבר שנה בחלל ומחולל קפיצת מדרגה מבחינת המידע המתקבל על המקורות עליהם מסתכל הטלסקופ. הוא מסייע לנו למפות תופעות חשובות ביקום ועל בסיסן להבין תהליכים דינמיים הקשורים ליצירת יסודות ולהתפתחות מבנים קוסמיים. זהו פרויקט מרגש מאוד ואנו עמוסים בנתונים חדשים המגיעים אלינו מדי יום מן החלל באמצעות XRISM. העבודה הלתי פוסקת על התצפיות מספקת לנו תגליות וחידות על המקורות האסטרופיזיקליים.”

XRISM הוא פרויקט משותף של סוכנות החלל של יפן (JAXA) ונאס”א עם תרומה של אס”א (סוכנות החלל  האירופית). פרופ’ בכר הוא החוקר היחיד בצוות המדעי של הטלסקופ שאינו נמנה על מדינות אלה, והוא מונה באופן אישי על ידי מנהל המכון לחקר החלל של יפן.  XRISM נבנה על סמך הלקחים שנלמדו מטלסקופים יפניים קודמים שהושבתו בשלבים שונים עקב תקלות. משימת XRISM נועדה לייצר רצף במעקב אחרי קרינת X – רצף שהיה עלול להיפגם בשל פער הזמן שבין טלסקופי קרינת X קודמים לטלסקופ ATHENA, שישוגר לא לפני 2035. XRISM יהיה הטלסקופ היחיד מסוגו במשך כ-13 שנה לפחות, וכך יבטיח את אותו רצף תצפיתי החיוני להעמקת ידיעותינו על האסטרופיזיקה של היקום.