אסטרונומים מצאו את מקור החיים ביקום

ניתוח חדש של כוכבי ננס לבן מאשש את תפקידם כמקור עקרי לפחמן, אלמנט חיוני לכל צורת חיים, בשביל החלב ובגלקסיות אחרות.

בערך 90 אחוז מכל הכוכבים מסיימים את חייהם כננסים לבנים, שרידי כוכבים צפופים מאוד שמתקררים ומתעמעמים בהדרגה לאורך מיליארדי שנים. עם זאת, עם נשימותיהם הסופיות לפני הקריסה, כוכבים אלו משאירים ירושה חשובה, הם מפיצים את אפרם לחלל שמסביב באמצעות רוחות קוסמיות שמועשרות באלמנטים כימיים, כולל פחמן טרי, שסונתז עמוק בתוך הכוכב, בשלבים האחרונים לפני מותו.

גמדים לבנים הם מקור עיקרי לאחד מאבני היסוד של החיים

כל אטום פחמן ביקום נוצר על ידי כוכב, באמצעות מיזוג של שלושה גרעיני הליום. אולם אסטרופיסיקאים עדיין מתלבטים אילו סוגי כוכבים הם המקור העיקרי לפחמן בגלקסיה שלנו, שביל החלב. מחקרים מסוימים מניחים שאלה כוכבים בעלי מסה נמוכה ששחררו את המעטפת שלהם ברוחות הקוסמיות והפכו לננסים לבנים, בעוד שאחרים מניחים שאלה כוכבים מאסיביים שהתפוצצו בסופו של דבר כסופרנובות.

במחקר החדש, שפורסם ב-6 ביולי ב-Nature Astronomy, צוות בינלאומי של אסטרונומים גילה וניתח ננסים לבנים בצבירי כוכבים פתוחים בשביל החלב והממצאים שלהם עוזרים לשפוך אור על מקור הפחמן בגלקסיה שלנו. צבירי כוכבים פתוחים הם קבוצות של עד אלפי כוכבים ספורים, הנוצרים מאותו ענן מולקולרי ענק ובאותו גיל בערך, ומוחזקים יחד על ידי גרוויטציה הדדית. המחקר התבסס על תצפיות אסטרונומיות שנערכו בשנת 2018 במצפה הכוכבים קק (W. M. Keck) בהוואי והובל על ידי אנריקו רמירז-רויז (Enrico Ramirez-Ruiz), פרופסור לאסטרונומיה ואסטרופיסיקה ב-UC סנטה קרוז (UC Santa Cruz).

"מהניתוח של הספקטרום שנצפה, ניתן היה למדוד את המסות של הננסים הלבנים. בעזרת תיאורית "מחזור החיים של כוכב" (stellar evolution) הצלחנו להתחקות אחר האב הקדמון שלהם ולחלץ את המסה שלהם בלידתם", הסביר רמירז-רויז.

הקשר בין המסה הראשונית של כוכבים למסה הסופית שלהם כננסים לבנים ידוע כ"קשר מסה התחלתי-סופי" (initial-final mass relation), אבחנה יסודית באסטרופיזיקה שמשלבת מידע מכל מחזור החיים של הכוכב ומקשרת בין לידתו למותו. ככלל, ככל שהכוכב מסיבי יותר בלידתו, כך נותר הננס הלבן מסיבי יותר במותו, אבחנה זו נתמכת גם בתיאוריה וגם בתצפיות.

אולם ניתוח הננסים הלבנים, שהתגלו לאחרונה בצבירים פתוחים קדומים, הניב תוצאה מפתיעה: המסה של הננסים הלבנים הללו גדולה מהצפוי, מה שעירער את ההבנה של "קשר מסה התחלתי-סופי" בכוכבים עם מסות ראשוניות בטווח מסוים.

"המחקר שלנו מפרש את החריגה ב"קשר מסה התחלתי-סופי" כסימן לסינתזה של פחמן שנעשה על ידי כוכבים בעלי מסה נמוכה בשביל החלב", אמרה החוקרת הראשית פאולה מריגו (Paola Marigo) מאוניברסיטת פאדובה (University of Padua) באיטליה.

בשלבים האחרונים בחייהם, כוכבים מאסיביים פי שניים מהשמש שלנו ייצרו אטומי פחמן חדשים בליבה החמה שלהם, הובילו אותם אל פני השטח ולבסוף הפיצו אותם לתווך הבין-כוכבי באמצעות רוחות קוסמיות עדינות. המודלים המפורטים של הצוות מעלים כי הפשטת המעטפת החיצונית העשירה בפחמן מתרחשת לאט לאט בכדי לאפשר לליבה המרכזית של הכוכבים הללו, הננסים הלבנים העתידיים, לגדול במסה במידה ניכרת.

החוקרים הסיקו ע"י ניתוח ה"קשר מסה התחלתי-סופי" כי כוכבים גדולים משתי מסות שמש תרמו להעשרה גלקטית של פחמן, ואילו כוכבים בעלי פחות מ-1.5 מסות שמש לא עשו זאת. במילים אחרות, 1.5 מסות שמש מייצגות את המסה המינימלית של כוכב להפצת אפר מועשר בפחמן עם מותו.

ממצאים אלה מציבים אילוצים מחמירים על כיצד ומתי נוצר הפחמן, היסוד החיוני לחיים בכדור הארץ, על ידי כוכבי הגלקסיה שלנו, שבסופו של דבר נשאר לכוד בחומר הגלם ממנו נוצרה השמש והמערכת הפלנטרית שלה לפני 4.6 מיליארד שנה.

"עכשיו אנחנו יודעים שהפחמן הגיע מכוכבים עם מסה התחלתית של לא פחות מ-1.5 מסות שמש", אמרה מריגו.

החוק רפייר-עמנואל טרמבליי ( Pier-Emmanuel Tremblay) מאוניברסיטת וורוויק (University of Warwick) אמר, "אחד ההיבטים המרגשים ביותר במחקר, זה שהוא משפיע על גילם של ננסים לבנים ידועים, שהם אינדיקטורים קוסמיים חיונים להבנת ההיסטוריה של היווצרות שביל החלב. ה"קשר מסה התחלתי-סופי" הוא גם זה שקובע את גבול המסה התחתון עבור סופרנובות, ההתפוצצויות העצומות שנראות במרחקים עצומים, וזה חשוב בכדי להבין את טבע היקום."

על ידי שילוב תיאוריות הקוסמולוגיה ומחזור החיים של כוכב, הגיעו החוקרים למסקנה שכוכבים בוהקים עתירי פחמן הקרובים למותם, הדומים לאבותיהם הקדומים של הננסים הלבנים שנותחו במחקר זה, תורמים לכמות אדירה של אור הנפלט מגלקסיות מרוחקות מאוד. אור זה, הנושא את חתימת הפחמן החדש שנוצר, נצפה באופן שגרתי על ידי טלסקופים גדולים בכדי לחקור את התפתחותם של מבנים קוסמיים. פרשנות אמינה של אור זה תלויה בהבנת הסינתזה של פחמן בכוכבים.