אבולוציה של כוכבים: מלידה ועד מוות

בסרט מלך האריות, יש סצנה בה פּוּמְבָּה שואל את טִימוֹן אם הוא יודע מהם אותם נקודות לבנות קטנות שרואים בלילה כשמסתכלים למעלה. טימון, בביטחון מוחלט, מסביר לפומבה שמדובר בגחליליות שעפו יותר מדי גבוה ונתקעו בתקרה הכחולה-שחורה הזו שיש שם למעלה. פומבה מאוד מופתע, ואומר לטימון כי עד עכשיו הוא חשב שמדובר בכדורים בוערים של גז לוהט במרחק עצום של מיליארדי קילומטרים מאיתנו. למי שלא מכיר, וגם למי שמכיר ומתגעגע, הנה הקטע:

מעניין לחשוב שההסבר של טימון לא ממש רחוק משלל הסברים שונים ומשונים שבני אדם מתרבויות שונות במהלך ההיסטוריה נתנו לשאלה: מהו כוכב? הכַּשְׂדִּים למשל, האמינו כי הכוכבים אלו מנורות התלויות מתקרת הרקיע, והמלאכים אחראים להדליק אותם כל לילה, ולכבות בבוקר. גם ביהדות ניתן למצוא דעות מיוחדות במינן; הרמב"ם למשל, האמין כי הכוכבים הם יצורים חיים, עם נפש ושכל ותודעה עצמית. הכוכבים – בדומה לבני אדם – אף מודעים לקיומו של אלוהים, ואפילו "מבינים" את האלוהות יותר מהבנתם של בני אדם!¹

ברור כי בתקופה הקדומה היה בלתי אפשרי להבין מהם כוכבים, או כי הכוכבים משתנים, כלומר: מתהווים, נולדים, חיים ומתים. הסיבה לכך פשוטה: תוחלת החיים של כוכבים נמדדת במליונים ואף במיליארדים של שנים; חייהם של בני אדם לעומת זאת הם כלום ושום דבר ביחס לכך, לכן אין פלא כי נראה לנו שהכוכבים תמיד היו שם ותמיד יהיו שם. היום לעומת זאת, אנחנו יודעים כי גם לכוכבים – כמו לבני אדם – יש מחזור חיים שלם.

אמנם, השאלה המתבקשת היא: איך אנו יודעים את כל זה? הרי מעולם לא צפינו במחזור החיים של כוכב מתחילתו ועד סופו. ובכן, אנו יודעים מהו מחזור החיים של כוכבים כי אנחנו מתבוננים בכמות גדולה של כוכבים, כל אחד בשלב אחר של חייו, ובתוספת של קצת ידע בפיזיקה אנחנו מסוגלים לחבר את כל חלקי הפאזל ולקבל תמונה מלאה.

במאמר הנוכחי אסכם בצורה מסודרת את מחזור החיים של כוכב מתחילתו ועד סופו. השלבים השונים בחיי הכוכב והמצבים השונים שבהם הוא נמצא – גם לאחר מותו – מקבלים שמות מוזרים שלא תמיד ברור מה משמעותם ואיך הם קשורים אחד לשני. אם שמעתם בעבר על מושגים כגון: ננס לבן, ענק אדום וחור שחור, אבל לא היה לכם ברור מה זה מי ומי זה מה, ואיך הכל מתחבר – אז הגעתם למקום הנכון.

לפני שנתחיל, הערה טכנית להמשך: בגלל שאנו עוסקים באבולוציה של כוכבים, זה לא כל כך נוח לתאר את המסה שלהם בקילוגרמים; אם נתעקש לעשות זאת, נצטרך להתעסק כל הזמן עם מספרים מאוד גדולים. עקב כך, מקובל לתאר מסה של כוכבים באמצעות המסה של השמש שלנו, שאותה אנו מסמנים כך: \({{M}_{\odot}}\), וערכה המספרי בקילוגרמים הוא:

\({{M}_{\odot}=2\cdot10^{30}\text{ }[kg]}\)

לשם המחשה: אם המסה של כוכב אחר היא: \({2{M}_{\odot}}\), סימן שהמסה שלו כפולה ממסת השמש שלנו. כוכב שמסתו 40% ממסת השמש שלנו יסומן כך: \({0.4{M}_{\odot}}\), וכן הלאה. כמו כן, מרחקים לא יתוארו בקילומטרים, אלא בשנות-אור, כאשר שנת-אור היא המרחק שעובר האור בשנה אחת, מרחק השווה ל- \({9.5}\) טריליון ק"מ.

אוקיי, בואו נתחיל.

הֵרָיוֹן

כל הכוכבים נוצרים מענני גז המרחפים להם בחלל הריק, הנקראים: עַרְפִילִיוֹת. מדובר במבנים עצומים בגודלם; הגודל של ערפילית טיפוסית הוא פחות או יותר בין 1 ל-10 שנות-אור מקצה לקצה, כאשר יש ערפיליות בגודל של עשרות ואף מאות שנות-אור. לשם השוואה: הקוטר של כל מערכת השמש שלנו הוא בערך מאית אחת של שנת-אור!²

ערפילית מורכבת בעיקר מאטומי מימן (בערך 72%), והשאר אטומי הליום (בערך 25%) ועוד אחוזים בודדים של יסודות כבדים יותר. הערפילית היא ענן דליל מאוד וצפיפות הגז בתוכה קטנה ביותר: פי \({10^{15}}\) פחות מצפיפות האוויר שסביבכם!³ מכל מקום, הגודל העצום שלה מפצה על כך, ולכן סך המסה של כל הגז בערפילית אחת בודדת יכול להסתכם באלפי ואפילו מיליוני מסות שמש.

לאורך מיליוני שנים, כוח הכבידה של הערפילית גורם לכך שהערפילית קורסת לתוך עצמה ומתכווצת.⁴ יש להדגיש כי הערפילית לא קורסת במלואה והופכת כולה לכוכב אחד בלבד, להיפך: הערפילית היא בית חרושת לייצור מספר גדול של כוכבים! הסיבה לכך היא בגלל שלגז בערפילית אין צפיפות אחידה באופן מושלם: יש איזורים צפופים יותר ואיזורים צפופים פחות. אותם איזורים בעלי צפיפות יתר, הם אלו שמתכנסים לתוך עצמם, מושכים עוד ועוד אטומים מסביבתם הדלילה, ועל ידי כך מאיצים את תהליך הקריסה שלהם אל תוך עצמם. הקריסה הכבידתית הנ"ל מרכזת כמויות הולכות וגדלות של גז אטומי לתוך נפח קטן יותר ויותר במרחב, ועל ידי כך מעלה את הלחץ והטמפרטורה של הגז עוד ועוד.

בסופו של דבר, כשהלחץ והטמפרטורה גבוהים מספיק, נוצר פרוטו-סטאר (Protostar): כדור של גז אטומי לוהט. שימו לב כי בשלב זה הכוכב עדיין לא נולד בפועל, הפרוטו-סטאר שלנו הוא עדיין רק עוּבַּר של כוכב בתוך הרחם העצום של הערפילית.

לידה

אז איך כוכב נולד? מתי בדיוק הפרוטו-סטאר הופך לכוכב?

ובכן, באופן רשמי כוכב מקבל את תעודת הלידה שלו ברגע שהגז האטומי בפרוטו-סטאר דחוס מספיק כך שטמפרטורת הליבה שלו מגיעה ל-10 מיליון מעלות. זו טמפרטורה מיוחדת במינה, כי זו הטמפרטורה הנדרשת כדי שזוג אטומי מימן יתנגשו זה בזה בעוצמה מספיק גבוהה כדי להתגבר על הדחיה החשמלית ביניהם, להתמזג אחד עם השני ולייצר אטום כבד יותר: הליום. התהליך הנ"ל נקרא: היתוך גרעיני, ובכל פעם שמיזוג שכזה מתרחש משתחררת אנרגיה.⁵

אמנם, בלתי אפשרי להגיע לטמפרטורה הזו אם המסה של הפרוטו-סטאר קטנה מ- \({0.08{M}_{\odot}}\), שזו מסה הגדולה בערך פי 80 מהמסה של הפלנטה צדק.⁶ אם אכן כך המצב, היתוך גרעיני של מימן להליום לא יתאפשר בגלל הטמפרטורה הנמוכה, והפרוטו-סטאר שלנו לעולם לא "ידלק" ולא יזכה להיוולד בתור כוכב מן המנין. במילים אחרות: העוּבַּר שלנו יהפוך לנֵפֶל. במקרה זה, הפרוטו-סטאר נקרא: ננס חום; סוג של צדק על סטרואידים, אבל לא כוכב כשר למהדרין.

לעומת זאת, אם התמזל מזלו של הפרוטו-סטאר להיות בעל מסה של יותר מ- \({0.08{M}_{\odot}}\), אז הטמפרטורה תגיע לערך הקריטי הנדרש להיתוך גרעיני. כל שנשאר הוא להגיד:

מזל טוב! כוכב נולד!

ברגע שהכוכב "נדלק", הקריסה הכבידתית נפסקת, והכוכב ממשיך את חייו במצב יציב: האנרגיה העצומה שמשתחררת בכל רגע ורגע בתהליך ההיתוך מונעת את המשך הקריסה של הכוכב תחת כוח הכבידה שלו עצמו. במילים פשוטות:

הכוכב הוא פצצה אטומית ענקית שמתפוצצת כל הזמן ללא הפסק, אלא שהמסה העצומה של הכוכב מונעת ממנו "להתפוצץ" כלפי חוץ. 

הכוכב שלנו ממשיך לחיות במצב מאוזן כל עוד יש לו מספיק דלק לשרוף, כלומר: מלאי המימן בכוכב עדיין לא נוצל במלואו ותהליך ההיתוך מתרחש בקצב קבוע. משך הזמן שבו הכוכב נמצא במצב מאוזן משתנה משמעותית מכוכב אחד למשנהו, ותלוי במסה של הכוכב. במבט ראשון, קל לטעות ולחשוב כי כוכב בעל מסה גדולה יותר יחיה זמן רב יותר, כי יש לו יותר דלק. אלא שההיפך הוא הנכון: ככל שהכוכב יותר מסיבי, כך הוא שורף את מלאי הדלק שלו יותר מהר וחייו יותר קצרים. כוכבים גדולים מאוד יכולים לחיות כמה מיליוני שנים בודדות, בעוד שכוכבים קטנים יותר חיים מיליארדים של שנים. לשמש שלנו למשל יש תוחלת חיים של כ-10 מיליארד שנים בערך, והיא נמצאת כרגע במשבר אמצע החיים טיפוסי.

זִקְנָה

בשלב מסוים בחיי הכוכב, מלאי הדלק שלו מתחיל להתרוקן. אמנם כמות המימן בכוכב עדיין לא חוסלה לחלוטין, אבל הכמות כבר ירדה במידה משמעותית, וזה מספיק כדי להפר את האיזון שבו הכוכב היה נתון במשך רוב חייו. האנרגיה המשתחררת מתהליך ההיתוך הגרעיני כבר אינה מספקת כדי לאזן את כוח הכבידה, והכוכב מתחיל בתהליך של קריסה מחודשת. קריסה זו נמשכת עד שהטמפרטורה בליבת הכוכב מגיעה לסף של כ-100 מיליון מעלות, ולפתע האיזון חוזר!

הסיבה לכך פשוטה: לאחר מיליארדי שנים של היתוך מימן, ליבת הכוכב כעת מורכבת בעיקר מהליום. הטמפרטורה החדשה – 100 מיליון מעלות – כעת מאפשרת היתוך של אטומי הליום לאטום כבד יותר: פחמן.⁷ זה הרגע בו הכוכב מגלה סוג חדש של דלק – הליום – והוא כעת יכול להמשיך לחיות עוד קצת.

זו הדרך בה הכוכב מבלה את ימי זקנתו, כי העיקרון הנ"ל חוזר על עצמו שוב ושוב כתלות במסה ההתחלתית של הכוכב: ככל שהכוכב יותר מסיבי, כך יסודות קלים מסוגלים להתמזג ליסודות כבדים, ואלו בתורם מתמזגים ליסודות כבדים עוד יותר, וחוזר חלילה. במילים פשוטות: אם יש מספיק מסה לכוכב, גם אטומי הפחמן יכולים בתורם להתמזג ולייצר חמצן, ואז נאון, נתרן, מגנזיום וסיליקון. אלו בתורם יכולים לייצר ארגון, סידן וטיטניום. כוכבים בעלי מסה גדולה במיוחד יכולים להמשיך ולהפיק יסודות כבדים יותר ויותר אפילו עד ברזל וניקל.⁸ בגלל שהטמפרטורה בכוכב הולכת ועולה ככל שמתקרבים למרכז הכוכב, מתקבל מצב בו מבנה הכוכב דומה לבצל: סדרה של קליפות, אחת בתוך השניה, כאשר בכל קליפה מתבצע היתוך של יסוד מסוג אחר; ככל שהיסוד כבד יותר כך הוא "מסונתז" בקליפה פנימית יותר, שם הטמפרטורה גבוהה יותר.

חשוב לציין כי בשלב שבו הכוכב מתחיל להפיק יסודות כבדים יותר מאשר מימן מתרחשת תופעה מעניינת: הכוכב מתנפח. במבט ראשון נראה כי יש כאן סתירה לתופעת הקריסה שעליה דיברנו קודם; לכן יש להדגיש כי תפיחת הכוכב היא למעשה תוצאה של דילול השכבה החיצונית שלו, בה תהליך ההיתוך כבר פסק. מסתבר כי האנרגיה המשתחררת מתהליך ההיתוך של היסודות הכבדים בליבה, דוחפת את השכבה החיצונית ביותר של הכוכב כלפי חוץ. דחיפה זו מדללת את הצפיפות בשכבה החיצונית, וגם מורידה את הטמפרטורה שלה במידה מספקת כך שהכוכב משנה את צבעו לאדום. זו הסיבה מדוע בשלב המאוחר והמנופח של חייו הכוכב נקרא: ענק אדום.⁹

זה יקרה כמובן גם לשמש שלנו: בעוד כ-5 מיליארד שנים מלאי המימן בשמש יתדלדל, והשמש תתחיל להתיך אטומי הליום בליבה שלה, ואז גם היא תהפוך לענק אדום; היא תתנפח במידה כזו שהיא תבלע את מרקיורי, נוגה וגם את כדור הארץ.

מוות

גם כוכבים לא חיים לנצח. בסופו של דבר, כל כוכב מגיע לשלב בו הוא מסיים להתיך את היסוד הכבד ביותר האפשרי עבורו (בהתאם למסה שלו), ואז למעשה אפשר לומר שהלב פסק מלפעום ואין יותר מה שיזרים דם במערכת. אם אמרנו כי כוכב נולד בזמן שתהליך ההיתוך הגרעיני בתוכו התחיל, אז אפשר לומר כי הכוכב למעשה מת כאשר ההיתוך נפסק. אמנם, במקרה של כוכבים ניתן לומר כי במובן מסוים, יש חיים אחרי המוות…

אז מה קורה לכוכב לאחר מותו? מסתבר כי לא כל הכוכבים מתים באותו אופן, ובנוסף הם משאירים אחריהם "גְּוִיּוֹת" שונות. במה הכל תלוי? במסה ההתחלתית של הכוכב.

אפשרות ראשונה: תפוח אדמה לוהט

כוכבים שהתחילו את חייהם עם מסה של פחות מ- \({10{M}_{\odot}}\) בערך, כלומר כוכבים בעלי מסה של עד פי עשרה מאשר המסה של השמש שלנו, כוכבים אלה משאירים אחריהם גוש כדורי של חומר דחוס מאוד, הנקרא: ננס לבן.

מדובר למעשה בחלק הפנימי של הכוכב שמכיל את היסודות הכבדים ביותר שהכוכב הצליח להפיק במהלך חייו באמצעות ההיתוך.¹⁰ אך זכרו כי בשלב זה תהליך ההיתוך כבר נפסק ולכן כוח הכבידה דוחס את מה שנשאר מהכוכב לנפח קטן ככל האפשר. המנגנון היחיד שעוצר את הדחיסה הנ"ל הוא הדחייה שנוצרת בין האלקטרונים שבחומר כאשר מנסים לקרב אותם יותר מדי זה לזה (למרות שלא מדובר על דחיה חשמלית במובן הרגיל של המילה).¹¹ במילים פשוטות: כוח הכבידה דוחס את הננס הלבן עד לרמה שבה האלקטרונים שבחומר פשוט לא מסוגלים להצטופף יותר. הצפיפות המתקבלת גדולה בצורה בלתי רגילה: לכפית אחת של חומר מננס לבן תהיה מסה של 5 טון!¹²

בזמן שהחלק הפנימי של הכוכב נדחס והופך לננס לבן, השכבות החיצוניות של הכוכב מתפזרות החוצה אל החלל ונוצרת: ערפילית פלנטרית. השם קצת מטעה ומקורו בטעות היסטורית, כי אין במנגנון הנ"ל שום קשר לפלנטה במובן הסטנדרטי של המילה. בשורה התחתונה: בסוף ימיו, הכוכב משיל את השכבות החיצוניות שלו אל החלל, ועם הזמן השאריות הללו עשויות להצטרף אל ערפיליות גדולות יותר כדי לייצר כוכבים חדשים.

כאמור לעיל, לננס לבן אמנם אין את הטמפרטורה הנדרשת לבצע תהליך היתוך, אבל הוא עדיין חם מאוד; אך לאט לאט, החום שלו הולך ומתנדף אל החלל הריק ועם הזמן הטמפרטורה שלו הולכת ויורדת. במובן מסוים, ננס לבן הוא כמו תפוח-אדמה ענק שיצא מתוך מדורת ל"ג בעומר: לוהט, אבל מתקרר… 

לבסוף, לאחר שכל החום של הננס הלבן התנדף, מה שנשאר זה גוש חומר צפוף וקר, הנקרא: ננס שחור. מהכוכב המפואר נשאר רק מאובן חסר אנרגיה, שמרחף לו חסר מטרה בחלל בלי ששום דבר מעניין לא מתרחש בתוכו. מעניין לציין כי בפועל אין עדיין ביקום אפילו לא ננס שחור אחד, או לפחות אנחנו לא מצפים שיהיה. הסיבה לכך פשוטה: אמנם יש ביקום ננסים לבנים, אך משך הזמן שלוקח לננס לבן להתקרר ארוך יותר מגיל היקום, לכן אף ננס לבן עדיין לא הספיק להתקרר ולהפוך לננס שחור.

אפשרות שניה: גרעין אטום על סטרואידים

כוכבים כבדים יותר שהתחילו את חייהם עם מסה של בין \({10{M}_{\odot}}\) לעד \({40{M}_{\odot}}\) בערך, מסיימים את חייהם בתהליך הרבה יותר אלים. ומרהיב.¹³

במקרה הנ"ל, הכוכב מספיק כבד כך שלאחר שנפסק תהליך ההיתוך הגרעיני, הכוכב קורס תחת כוח הכבידה שלו עצמו, אך כעת אין די בדחייה האלקטרונית כדי לעצור את הדחיסה (כמו במקרה הקודם של ננס לבן). הכבידה כל כך חזקה, עד כדי כך שהאלקטרונים פשוט נמחצים אל תוך הפרוטונים שבגרעיני האטומים, מתרכבים איתם והופכים לנוטרונים.¹⁴ גם במקרה זה, תהליך הקריסה נפסק ברגע שהנוטרונים אינם יכולים להצטופף יותר.¹⁵

התוצאה היא גוש חומר כדורי שעשוי כולו מנוטרונים! הקוטר של הגוש הזה הוא כ-24 ק"מ בערך, אלא שכולו עשוי אך ורק מנוטרונים… זה כמו גרעין אטומי בודד שהתנפח לגודל של העיר שיקגו!¹⁶ הצפיפות של כוכב נוטרונים מחרידה ממש: לכפית אחת של חומר מכוכב נוטרונים תהיה מסה של 500 מיליון טון!¹⁷

הבדל נוסף יש בין ננס לבן לכוכב נוטרונים. במקרה של ננס לבן – כאמור לעיל – השכבות החיצוניות של הכוכב מתפזרות החוצה באופן איטי ורגוע. לעומת זאת, במקרה של כוכב נוטרונים, הקריסה הכבידתית של הליבה מאוד מהירה ונעצרת בפתאומיות גדולה כל כך, ונוצר מצב כי החומר שסביבה – שנופל כלפיה – מוטח בעוצמה על פני הליבה הקשיחה ונהדף חזרה כלפי חוץ בהתפוצצות אדירה הנקראת: סופרנובה.¹⁸

מדובר באירוע אלים מאין כמוהו… האנרגיה המשתחררת בסופרנובה מגמדת כמעט כל אירוע אסטרונומי אחר, וערכה שווה – פחות או יותר – לאנרגיה שהכוכב הפיק במשך כל ימי חייו!

אפשרות שלישית: המפלצת שלא יודעת שובע

במידה ומסת הכוכב ההתחלתי עולה על \({40{M}_{\odot}}\), ליבת הכוכב לא הופכת לגוש נוטרונים, אלא למשהו הרבה יותר אקזוטי. במקרה זה, מסת הליבה מספיק גדולה כדי לנטרל כל מנגנון שיכול למנוע את קריסתה. אפילו גוש הנוטרונים אינו מצליח להחזיק מעמד, והחומר נדחס עוד ועוד אל נפח קטן יותר ויותר, ומה שנוצר נקרא: חור שחור.¹⁹ אז מתי בדיוק הקריסה נעצרת? ובכן:

היא לא נעצרת.

וגם אם כן, אין לנו מושג ברור מתי וכיצד. למיטב ידיעתנו, החומר כולו נדחס אל תוך נקודה בודדת חסרת נפח הנקראת: סִינְגּוּלָרִיּוּת, נקודה הנמצאת במרכז החור השחור.²⁰ כעת נוצר מצב בו הכבידה סביב הסינגולריות כל כך חזקה, עד כי סביב הסינגולריות נוצרת "בועה" שכל אובייקט שנכנס לתוך הבועה הזו לעולם לא יוכל לצאת. יש להדגיש: הבועה הנ"ל אינה עשויה מחומר כלשהוא; אין שום דבר ממשי בחלל סביב הסינגולריות שמפריד בין מה שמחוץ לבועה ובין מה שבתוכה. מדובר בבועה מרחבית בלבד: כמו בועת סבון, רק בלי הסבון! אלא שהבועה הנ"ל יודעת רק לאכול ולא לפלוט: כל מה שנכנס לתוכה, אבוד לנצח.²¹

אנו רק יכולים לנחש מה מתרחש בתוך החור השחור, אך ייתכן כי לעולם לא נדע; אין שום דרך לתצפת אל תוכו, כי ממילא שום דבר – אפילו אור – לא יכול לצאת מתוכו החוצה אל מכשירי המדידה שלנו. זו הסיבה מדוע החור נקרא: שחור… במובן מסוים, ניתן לומר כי חור שחור הוא הדרך של היקום לומר לנו את מה שאמר אלוהים לאיוב המסכן:

עַד פֹּה תָבוֹא, וְלֹא תֹוסִיף.

איוב, לח:יא

סיכום

אז מה היה לנו? אם לתמצת את הכל, אז ככה:

1. כוכבים נולדים בערפיליות,
2. היתוך גרעיני זה הלב הפועם שלהם,
3. בשלבים האחרונים של חייו, הכוכב מתנפח, משיל את קליפותיו, וקורס לתוך עצמו.

זהו, בגדול.

ושוב: אף על פי שמעולם לא היינו עדים למחזור הנ"ל בבת אחת, בכל זאת אנו מסוגלים לשחזר את התהליך במלואו.

1. משנה תורה, הלכות יסודי התורה, פרק ג', הלכה ט': "כל הכוכבים והגלגלים כולן בעלי נפש ודעה והשכל הם, והם חיים ועומדים ומכירין את מי שאמר והיה העולם, כל אחד ואחד לפי גדלו ולפי מעלתו משבחים ומפארים ליוצרם כמו המלאכים. וכשם שמכירין הקדוש ברוך הוא כך מכירין את עצמן ומכירין את המלאכים שלמעלה מהן, ודעת הכוכבים והגלגלים מעוטה מדעת המלאכים וגדולה מדעת בני אדם" [↩]
2. תלוי כמובן איך מגדירים היכן בדיוק נמצא הקצה של מערכת השמש. הגודל של מערכת השמש עד הפלנטות נפטון ופלוטו זה בערך אלפית שנת-אור. אמנם, גם מעבר לפלוטו יש המון גופים הכבולים לכוח הכבידה של השמש, למשל: סדנה (Sedna), כוכב לכת ננסי שמגיע במסלולו האליפטי עד למרחק מקסימלי של 0.014 שנות-אור מהשמש. [↩]
3. צפיפות הגז של ערפילית היא בערך 100-10,000 חלקיקים לס"מ מעוקב, כאשר צפיפות האטמוספרה היא בערך 2.5 כפול 19^10 חלקיקים לס"מ מעוקב. [↩]
4. 10 מיליון שנים זה פחות או יותר הזמן שלוקח לכוכב כמו השמש שלנו להיווצר משלב הערפילית ועד לתחילת חייו. במקרה הכללי, הזמן הנ"ל תלוי בהמון פרמטרים ויכול להתקצר משמעותית, בעיקר כתלות במסה של הכוכב שנוצר. [↩]
5. לקריאה נוספת על היתוך גרעיני, ניתן להיכנס למאמר אחר שכתבתי בנושא, בקישור כאן [↩]
6. 80 מסות-צדק זה התנאי למסה המינימלית של הפרוטו-סטאר שמאפשר היתוך סטנדרטי של שני אטומי מימן, למרות שעקרונית מספיקה מסה של מינימום 13 מסות-צדק שמעליה כבר ניתן להתיך אך ורק איזוטופ מאוד מסוים של מימן הנקרא: דטריום, איזוטופ שבו גרעין המימן כולל נוטרון אחד בנוסף לפרוטון. התוספת של נוטרון בגרעין הדטריום, מחזקת את הכוח הגרעיני החזק שלוכד את גרעיני האטום בתהליך ההיתוך, אך הדחיה החשמלית בין הגרעינים אינה מתחזקת כי הנוטרון חסר מטען. [↩]
7. התהליך של התכת הליום לפחמן נקרא: Triple-alpha process [↩]
8. ברזל וניקל הם מהיסודות היציבים ביותר בטבע, ולכן היתוך שלהם ליסוד כבד יותר כבר אינו משתלם מבחינה אנרגטית. במילים אחרות: בתהליך ההיתוך של יסודות קלים יותר מברזל וניקל משתחררת אנרגיה, אך היתוך של ברזל וניקל לא משחרר אנרגיה, אלא להיפך: התהליך בולע אנרגיה. זו הסיבה מדוע דווקא תהליך הביקוע – ולא ההיתוך – משתלם מבחינה אנרגטית אם מדובר ביסודות כבדים יותר מברזל וניקל. [↩]
9. כעיקרון, צבע הכוכב משתנה כתלות בטמפרטורה שלו. במהלך חייו של הכוכב פני השטח שלו נמצאים בטמפרטורות גבוהות יחסית ולכן כוכבים זורחים בכחול, צהוב, כתום או לבן. אבל בזמן שהכוכב מתנפח, פני השטח שלו מתקררים וצבעם נוטה לאדום. [↩]
10. כוכבים שמסתם עד 8 מסות שמש משאירים אחריהם ננס לבן המכיל בעיקר פחמן וחמצן. כוכבים שמסתם עד 10 מסות שמש משאירים אחריהם ננס לבן שמכיל בעיקר נאון ומגנזיום. למיטב ידיעתי לא נמצא ננס לבן המכיל ברזל וניקל. [↩]
11. זו טעות נפוצה לחשוב כי הקריסה הכבידתית נעצרת בגלל הדחיה החשמלית בין האלקטרונים שמקיפים את גרעין האטום. בפועל, הטמפרטורה בננס לבן גבוהה מספיק כדי לקרוע את כל האלקטרונים מהאטום ולייצר פלזמה, כלומר החומר הוא למעשה "מרק" סמיך של גרעיני אטומים ואלקטרונים חופשיים. מה שכן מונע את הקריסה הכבידתית הוא: "עיקרון האיסור של פאולי", עיקרון במכניקה קוונטית המונע מאלקטרונים הכבולים לנפח מסויים לאכלס את אותה רמת אנרגיה (עיקרון זה נכון גם עבור חלקיקים אחרים ממשפחת הפרמיונים). במקרה של ננס לבן, כוח הכבידה כובל את האלקטרונים לנפח מוגדר במרחב, ועל פי המכניקה הקוונטית יש רמות אנרגיה בדידות שאותן האלקטרונים יכולים לאכלס, אלא שאי אפשר לדחוף את כל האלקטרונים לאותה רמה; האלקטרונים חייבים לאכלס את הרמות כמו שבני אדם מאכלסים מושבים פנויים ברכבת. בשלב מסוים, ככל שהכבידה מנסה לדחוס את החומר, כך נוצר אכלוס יתר של אלקטרונים בכמות לא מספקת של רמות אנרגיה, ואז עיקרון האיסור של פאולי נכנס לפעולה ומונע את הקטנת הנפח. המינוח המקצועי למנגנון הנ"ל הוא: Electron degeneracy pressure. [↩]
12. בהנחה שהנפח של כפית הוא כ-5 סמ"ק והצפיפות של ננס לבן מוערכת כ-1 טון לסמ"ק [↩]
13. המספר 40 המוזכר כאן אינו גבול קשיח, כפי שיוסבר בהערה המובאת בפסקה הבאה. [↩]
14. במקרה הרגיל, נוטרון מסוגל להתפצל לפרוטון ואלקטרון על ידי הכוח הגרעיני החלש בתהליך שנקרא דעיכת-ביתא. אלא שהתהליך יכול גם להתהפך, ואז אלקטרון ופרוטון מתמזגים לנוטרון. [↩]
15. גם במקרה זה, הדחיה הנוצרת מדחיסת הנוטרונים נובעת מעיקרון האיסור של פאולי, אלא שכעת ניתן לראות בבירור כי הדחיה אינה קשורה לכוח החשמלי שהרי הנוטרון הוא חסר מטען; הדחיה נובעת מכך שהנוטרונים הם חלקיקים מסוג פרמיונים ולכן מצייתים לעיקרון האיסור של פאולי, בניגוד לחלקיקים מסוג בוזונים. [↩]
16. השטח של שיקגו הוא כ-590 ק"מ רבוע, שזה בערך 25 ק"מ בריבוע [↩]
17. הצפיפות של כוכב נוטרונים היא בערך 11^10 ק"ג לסמ"ק, ונפח כפית הוא כ-5 סמ"ק [↩]
18. זוהי תוצאה טיפוסית של Implosion, כלומר: פיצוץ כלפי פנים, שבעקבותיו החלק החיצוני שבחומר נהדף כלפי חוץ עקב התנגשות עם החלק הפנימי שקרס. בנוסף לכך, במקרה של כוכב נוטרונים, קריסת הליבה משחררת פרץ עצום של חלקיקי אלקטרון-נוטרינו. חלקיקים אלו משתחררים כאשר האלקטרונים מתרכבים עם הפרוטונים והופכים לנוטרונים. התפרצות החלקיקים הללו גם היא נושאת בתוכה אנרגיה עצומה שתורמת לסופרנובה. [↩]
19. המספר 40 אינו גבול קשיח אלא גבול הסתברותי, כלומר: גם לכוכבים עם מסה פחות מ-40 מסות שמש יש סיכוי להפוך לחור שחור. במקרים מסוימים, אפילו החל מ-25 מסות-שמש ומעלה יש לכוכב סיכוי להפוך לחור שחור לפי הסימולציות. אלא שככל שמסת הכוכב גדולה יותר, כך ההסתברות להפוך לחור שחור הולכת וגדלה בהתאם. [↩]
20. אני משתמש בביטוי "למיטב ידיעתנו" כי אכן תורת היחסות הכללית מנבאת את קיומה של הסינגולריות, אותה נקודה חסרת נפח שבה צפיפות החומר אינסופית. ברור כי תורת היחסות הכללית הוכיחה את עצמה שוב ושוב, אך קשה לקבל את הרעיון כי במציאות הפיזיקלית קיימים גדלים אינסופיים. ייתכן כי תורת היחסות אינה שלמה, כלומר היא עדיין אינה מסוגלת להתמודד עם מקרים קיצוניים, כגון: מה שמתרחש במרכז חור שחור. [↩]
21. במסגרת המאמר הנוכחי לא אכנס לדיון על קרינת הוקינג הנפלטת מחור שחור. נושא זה ראוי למאמר נפרד. [↩]