בסוף חייו, ענק אדום מסיבי צורך דלק רב וכל תוצרי ההיתוך מוסעים לחלקים החיצוניים של הכוכב. בליבת הכוכב לא נותר דלק פוטנציאלי או שאין אפשרות ליצור טמפרטורה גבוהה בכדי להצית אותו. בשלב זה לכוכב מבנה "קליפות בצל", כאשר היסודות הכבדים יותר נמצאים במרכז. מכיוון שברזל הוא היסוד היציב ביותר, הוא מייצג מכשול בלתי-ניתן-להמרה בהיתוך נוסף. במילים אחרות, ליבה העשויה "ערימה של סיגי ברזל" לא תדלק, למרות שהיא נעשית חמה וצפופה מאד. בכוכב בעל מסה ראשונית של 6 מסות שמש, הליבה עשויה להגיע ל- 1.1 מסות שמש. בכוכב עם מסה ראשונית של 8 מסות שמש, הליבה עשויה להגיע ל- 1.4 מסות שמש. בכוכב גדול יותר, מסת הגרעין בסופו של דבר יכולה לחרוג ממה שמכונה גבול צ'נדראסקר. מה יהיה גורלו של גרעין כה מסיבי?
באדיבות NASA
בשלבים האבולוציוניים המתקדמים של כוכב מסיבי מתרחש מופע אדיר עוצמה. לאחר מיליוני שנים של מיזוג מימן והליום, ולאחר כל אחד משלבי ההיתוך הבאים (יצירת פחמן, ניאון, חמצן וסיליקון) שאחרון בהם אורך פחות מ- 1000 שנים. ההמרה של סיליקון וגופרית לברזל אורכת מספר ימים בלבד. הברזל הוא בעל הגרעין היציב ביותר, כך שלא ניתן לשחרר יותר אנרגיה על ידי היתוך של הגרעין. עם הפסקת ההיתוך הליבה קורסת במהירות גדולה, המגיעה לכדי רבע ממהירות האור, ואנרגיית הכבידה של הקריסה משתחררת כפרץ אנרגיה אדיר. התפרצות אנרגיה זו מחזיקה את שכבות הכוכב החיצוניות ומונעת התמוטטות בעזרת רוח נייטרינו הפורצת מכוכב הנויטרונים שזה עתה נוצר במרכז. בהמשך מפוצצת רוח הנייטרינו את כל השכבות החיצוניות של הכוכב בפיצוץ אדיר עוצמה המכונה סופרנובה (רבים: סופרנובות).
סופרנובה מייצגת אירוע אסטרונומי נדיר של אלימות בעוצמה בלתי נתפסת. אסטרופיזיקאים למדו את הנושא באמצעות מודלים שהריצו על מחשבי-על, אך הפרטים עדיין אינם ודאיים. החישובים מראים כי התמוטטות הליבה אורכת מספר שניות בלבד! צפיפות הליבה עולה פי מיליון כאשר נפח בגודל כדור הארץ מתכווץ לרדיוס של כ- 50 ק"מ. הטמפרטורה גם היא נוסקת והברזל בליבה שיצורו נמשך מיליוני שנים מתפורר כהרף עין לפרוטונים ולנויטרונים! ככל שהליבה נדחסת לצפיפות של גרעין אטומי, כוחות בין חלקיקים גורמים לחומר הנופל להפוך את כיוון תנועתו, ובדרכו החוצה הוא פוגש את החומר בשכבות החיצונית, שעדיין נופל פנימה. כאשר החומר בשכבות החיצוניות פוגש בחומר הנע במהירות על-קולית, תוצאת המפגש היא גל הלם, המעניק דחיסה ונסיקה מהירה של הטמפרטורה עד מיליארדי מעלות. האנרגיה של הפיצוץ מספיקה בקלות בכדי להשליך את המעטפה החיצונית של הכוכב. לרגע, הכוכב מאיר פי 10 מיליארד מאורה של השמש! כאשר אנו מתבוננים בסופרנובות רחוקות, הן יכולות לזהור בעוצמה העולה על עוצמת הגלקסיה שבה הן נמצאות.
באדיבות NASA
הברזל הוא מבוי סתום בשרשרת ההיתוך, אך אנו יודעים שיסודות כבדים יותר קיימים. אמנם לכידת הליום בכוכבים מאסיביים לא הופכת את היסודות לכבדים יותר מברזל, אך יש מנגנון נוסף שיכול לגרום לכך. רבות מהתגובות הגרעיניות שתוארו עד כה משחררות שטף של נויטרונים הפוגעים בגרעינים סמוכים. מכיוון שלניטרונים אין מטען חשמלי, ניתן לבנות גרעינים כבדים על ידי לכידת נויטרונים. בכוכבים מפותחים נויטרונים מתווספים לאט או בהדרגה לגרעינים לבניית יסודות כבדים יותר. אלה הן תגובות s ) – s לאיטיות), והן יכולות להפוך יסודות קלים למאסיביים יותר כמו ביסמוט. עם זאת, צורה מרהיבה יותר של לכידת נויטרונים מתרחשת בחום האדיר בזמן פיצוץ סופרנובה. אלה תגובות – r) r למהירות), והן יוצרות את היסודות הכבדים ביותר כמו רדיום, אורניום ופלוטוניום.
סופרנובות הן מכשירים נפלאים ליצירה ומיחזור של יסודות כבדים. מותו של כוכב מסיבי אורך שניות אחדות בלבד, אך יש לו השלכות ארוכות טווח. גל ההלם של הפיצוץ מאפשר היתוך גרעינים כבדים יותר מברזל על ידי סינתזה-גרעינית. השטף הגבוה של הנויטרונים החופשיים מוביל לצורה מהירה של לכידת נויטרונים, והאנרגיה הנוספת שמספקת הפיצוץ מאפשרת להתגבר על מחסום הברזל. יתר על כן, הפיצוץ מעביר את כל היסודות הכבדים שנוצרו במהלך חייו הקצרים של הכוכב אל תוך החלל הבין-כוכבי. סופרנובות הן המקור לרוב היסודות הנדירים והמתכות היקרות בעולם: הכסף שבמטבעות שבכיסנו והזהב בתכשיטים שעל גופנו. נדירותן של סופרנובות מסבירה את נדירותם של היסודות הכבדים ביותר. כמותם של אטומי מתכות יקרות כמו זהב ופלטינה קטן פי מיליון מכמות אטומי הברזל, ומספרם קטן פי עשרה מיליון ממספר אטומי הפחמן, החנקן והחמצן.
בפעם הבאה שאתם מסתכלים על טבעת זהב או עגיל, זכרו את המקור האקזוטי של אותם אטומים. רבים מהאטומים הללו הותכו מיסודות קלים יותר בעזרת סופרנובה ולאחריה הופיע גל ההדף שהתפשט לחלל הבין-כוכבי. מאז נותרו האטומים בחלל עמוק וקפוא במשך מיליוני שנים לפני שהפכו לחלק מעננת גז קורסת. הרחק ממרכז הענן, הפכו האטומים לחלק מגוש סלעי, שהתעטף לאט במשך מיליארדי שנים במאגמה. בסופו של דבר הם התפרצו אל פני השטח, שם הם הגיעו לידיים אנושיות סקרניות. חשבו גם על הדרך בה היסודות הקלים יותר בהם תלויים החיים, כמו פחמן, חנקן וחמצן, נורים לחלל על ידי סופרנובות ולאחר מכן ישולבו בדור חדש של כוכבים.
באדיבות NASA
תוצאה נוספת של סופרנובה היא פרץ חלקיקי נייטרינו. הנייטרינו הם חלקיקים בעלי אינטראקציה חלשה מאד, הנוצרים בתגובות גרעיניות מסוגים רבים, כולל אלה שבליבת השמש. בניגוד לפוטונים הנודדים לאט לאט לפני השטח, נייטרינו אינם מפוזרים על ידי גרעיני החומר בכוכב והם נמלטים מיד מהליבה. במהלך התמוטטות הליבה, נאלצים פרוטונים ואלקטרונים להתמזג, ויוצרים ים של ניטרונים ומספר עצום של נייטרינים. הנייטרינים מציפים את חלל במהירות האור, וסוחבים כמות עצומה של אנרגיה, בערך 1047 וואט, המקבילה לאנרגיה האגורה ב- 50 מסות של כדור הארץ. למשך מספר שניות, עולה עוצמת ההארה של סופרנובה על עוצמת ההארה של כל שאר היקום! התוצאה הסופית מתרחשת חודשים לאחר שהכוכב עצמו כבר דעך. במהלך הפיצוץ משוגר ענן גז מתרחב במהירות של כ -10,000 ק"מ בשנייה. בתחילה מעטפת האור קרובה לכוכב מכדי שניתן יהיה לראותה מכדור הארץ, אך שנים לאחר מכן תסמן ערפילית אדירה ומתרחבת את האירוע, כשריד של הסופרנובה.
סופרנובות רבות היו קרובות מספיק למערכת השמש בכדי לייצר כוכבים חדשים בולטים באופן זמני, כפי שנרשמו על ידי אנשים בעת העתיקה. הסינים כינו את הסופרנובה "כוכב אורח". כמה אסטרונומים הציעו הסבר שכזה ל"כוכב בית-לחם". הסופרנובה המפורסמת ביותר הייתה הפיצוץ שייצר את ערפילית הסרטן. היא נראתה באור יום החל מ- 23 יום ביולי 1054 במשך ששה חודשים שלאחר מכן. כפי נרשם בתעודות סיניות, יפניות ואיסלאמיות. הערפילית היא הגז צבעוני ומתרחב, שנפלט מסופרנובה זו. ברחבי הגלקסיה שלנו פזורים גם שרידי סופרנובות אחרות.
מה הסיכוי שתראו סופרנובה במהלך חייכם? בהיסטוריה המתועדת היו 14 סופרנובות בגלקסיה שלנו, ובחינה מדוקדקת של הסטטיסטיקה מביאה אותנו לצפות לממוצע של אחת לכל 40 עד 50 שנה (אם כי רבים מאלו יהיו בלתי נראים מכדור הארץ בגלל טשטוש הנובע מהאבק הרב במישור גלקסיית שביל החלב). לפי חשבון זה, אנו נמצאים באיחור רב, שכן הסופרנובה האחרונה בשביל החלב הייתה לפני כמעט 400 שנה. אלה עלולות להיות חדשות רעות, מכיוון שסופרנובה שתתרחש במרחק הקטן מ -15 פרסק תייצר קרינה באנרגיה גבוהה דיה, כדי שתהרוס את כל החיים על פני כדור הארץ! הכוכב המאסיבי הקרוב ביותר אלינו שיכול להתפוצץ יום אחד הוא ספיקה בקבוצת הכוכב בתולה. למזלנו, הוא נמצא במרחק של 80 פרסק, וזה כנראה מרחק בטוח. כוכבים אחרים שיכולים להפוך לסופרנובה נמצאים במרחקים גדולים יותר, אך עדיין בתוך הגלקסיה שלנו. לכן, כל אחד מאתנו עשוי לזכות ולראות בחייו סופרנובה בהירה דיה, כך שתראה באור יום.
Author: Chris Impey