בעזרת התיישרות גופים קוסמית ותופעה הנקראית עידוש כבידתי, טלסקופ החלל האבל הצליח לראות לראשונה כוכב יחיד ממיליארד השנים הראשונות של היקום.
בשיתוף פעולה עם חוקרים מאוניברסיטת בן-גוריון בנגב, טלסקופ החלל האבל הצליח לראות כוכב יחיד ממיליארד השנים הראשונות של היקום. הכוכב כה רחוק, שלקח לאורו כ-12.9 מיליארד שנים להגיע אלינו. כוכב זה הוא הכוכב הרחוק ביותר שהתגלה אי פעם ומהווה קפיצה משמעותית מהכוכב הרחוק ביותר האחרון שהאבל מצא ב-2018 - אשר לאורו היו דרושות 9.4 מיליארד שנים בכדי להגיע אלינו. התגלית פורסמה בכתב העת היוקרתי Nature.
הגופים האחרים שניתן לראות במרחק שכזה הן בד״כ גלקסיות - אוספים של כמיליארדי כוכבים, והגוף הקטן ביותר שנראה במרחק שכזה היה צביר כוכבים, המכיל בד״כ בין עשרות אלפי למאות אלפי כוכבים. עד לא מזמן האפשרות לראות כוכב בודד במרחק שכזה נראתה כחלום. אך התיישרות קוסמית של גוף מסיבי, צביר גלקסיות, בינינו לבין הכוכב הרחוק, אפשרה הגברה של אורו של הכוכב פי כמה אלפים לפחות ובכך למעשה אפשרה לחוקרים לראות כוכב יחיד מ״קצה היקום״. כוכב אשר ללא העזרה מהעדשה הכבידתית, לא היה סיכוי לראותו.
״כמעט ולא האמנו לכך בתחילה״, אומר האסטרונום בריאן וולטש מאוניברסיטת ג׳ונס הופקינס בבולטימור והכותב הראשון של המאמר, ״הכוכב כה רחוק מעבר לכוכב הרחוק ביותר הקודם שהאבל מצא״. הכוכב נמצא בתצפיות שנלקחו עם טלסקופ החלל האבל, במסגרת סקר שמיים אותו מוביל ד״ר דן קואו מהמכון המדעי של טלסקופ החלל בבולטימור וכותב מוביל במאמר, סקר המתמקד בעדשות כבידה בכדי לנצל את כושר הגדלתן ולגלות גלקסיות ממיליארד השנים הראשונות של היקום.
גופים מסיביים בשמיים מעקמים את המרחב-זמן כך שאפקטיבית הם יוצרים עדשה בשמיים. ״תופעת העידוש פותחת צוהר ללמוד על התפלגות החומר האפל ועל גלקסיות רחוקות״, אומר פרופ׳ עדי ציטרין מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת בן-גוריון בנגב ואחד ממובילי המחקר, ״אך בד״כ ההגדלה מהעדשות היא מסדר גודל של כמה אחדות״, הוסיף. ״עדשה כבידתית, כמו גם עדשה רגילה שאנו מכירים מחיי היומיום, יוצרת קווי הגברה קיצוניים הנקראים קאוסטיקות, שם מתרכזות קרני האור. התופעה דומה לקווי האור שנראים על קרקעית בריכה ביום שמשי הנוצרים מאדוות במים. המילה ביוונית ובלטינית מתקשרת לשריפה, כנראה מפני שכפי שאנו יודעים, ריכוז קרני השמש בעזרת עדשה יכול לשמש לשריפה. ההגדלה של עדשת הכבידה בקאוסטיקות גבוהה מאוד ויכולה להגיע גם למיליונים״, הוסיף ציטרין.
אך ככל שההגדלה חזקה יותר, כך השטח שהיא מגדילה קטן יותר, ועל כן נדיר למצוא כוכב שבדיוק יתיישר על הקאוסטיקה של צביר גלקסיות. למעשה, רק ב-2018 עם הגילוי של הכוכב הקוסמולוגי המוגבר הראשון, הובן, אולי לראשונה, שבעזרת עידוש כבידתי ניתן לראות כוכבים בודדים במרחקים קוסמולוגיים, ולא רק גלקסיות שלמות כפי שבד״כ רואים. ״לגילוי הנוכחי פן חשוב מאוד שכן לא רק שהוא מאפשר לראות כוכב בודד מכמעט קצה היקום הנראה״, אומר ציטרין, ״אלא שהוא פותח פתח ללמוד על כוכבים ביקום המוקדם - שם אין לנו הרבה מידע על אופי הכוכבים ותרומתם לתהליכים כגון יינון המימן ברחבי היקום במיליארד השנים הראשונות״. החוקרים מעריכים כי הכוכב שהתגלה מסתו כ-50 פעמים מסת השמש, ואורו חזק פי מיליונים, מה שגם הקל על גילויו בעזרת העידוש. החוקרים כינו את הכוכב ״ארנדל״, שמשמעו אור קדום באנגלית עתיקה.
מאז גילוי הכוכב הקוסמולוגי הראשון ב-2018, התגלו עוד שניים-שלושה אירועי הגברה קיצונית דומים אך במרחקים מעט נמוכים יותר. קבוצות שונות מנסות להתמקד מראש בגלקסיות אשר יושבות על קאוסטיקות של עדשות כבידה, ולעקוב אחריהן בניסיון לצוד את הרגע שבו אחד מכוכביהן יחלוף על פני הקאוסטיקה ואורו יוכל להיקלט בטלסקופים בכדוה״א ובחלל. קבוצתו של ציטרין בבן-גוריון שותפה בכמה תוכניות שכאלה עם טלסקופ החלל האבל ועם ממשיכו ששוגר לא מזמן - טלסקופ החלל ג׳יימס ווב.
החוקרים צופים כי ארנדל יישאר מוגבר למשך כמה שנים נוספות, ויש להם כבר תוכניות מאושרות לצפות בכוכב עם ג׳יימס ווב. רגישות הטלסקופ החדש באורכי גל אינפרא-אדומים תשחק תפקיד חשוב בתצפית זו שכן בשל התפשטות היקום גופים רחוקים מוסחים לאדום במידה רבה יותר. ״עם ווב אנו מתכננים לוודא שארנדל, הוא אכן כוכב קדום וכן למדוד טוב יותר את בהירותו והטמפרטורה שלו״, אומר ד״ר דו קואו. ״זה יעזור להבין את סוג הכוכב ואת השלב בו הוא נמצא בהתפתחותו״. ״כמו כן״, הוסיף קואו, ״אנו מאמינים כי הגלקסיה בה הוא שוכן תהיה עניה במתכות ויסודות כבדים, אשר נוצרו ברובם בדורות מאוחרים יותר של כוכבים״.
בריאן וולטש הוסיף כי ״עם ווב אנחנו יכולים לראות כוכבים אף יותר רחוקים, מה שיהיה מאוד מרגש״, וסיכם כי ״אנו נשמח לראות את ווב שובר את השיא של ארנדל ומגלה כוכבים רחוקים אף יותר״.
פרופ׳ ציטרין אומר כי הוא אכן צופה כי יתגלו עם ווב כוכבים אף במרחקים גדולים יותר. ״בשל צורת הספקטרום של כוכבים, הדומה לספקטרום של מה שנקרא גוף שחור, ההסחה לאדום במרחקים גדולים דואגת לפצות על איבוד השטף מהיות הכוכב רחוק יותר, ועל כן נוכל למעשה לראות כוכבים בהירים מעודשים כמעט עד קצה היקום הנראה. אנו מקווים כי בעזרת תופעה זו נוכל לראות את הכוכבים הראשונים שנוצרו ביקום״.
מחקר זה מומן על ידי סוכנות החלל הישראלית במשרד החדשנות, המדע והטכנולוגיה. במסגרת קול קורא השנתי שהוציא המשרד, התבקשו המוסדות להגיש הצעות למימון מחקרים בחקר החלל שעוסקות בתצפיות מהחלל אל עבר הארץ, תצפיות אל עבר החלל החיצון, הצעות לפיתוח מכשור המתאים לפעולה בחלל ועוד. התמיכה מועברת במסגרת התוכנית למחקר אסטרטגי שמטרתה פיתוח תשתיות מדעיות וטכנולוגיות בתחום החלל במטרה למצב את מדינת ישראל בחזית המדע והטכנולוגיה בעולם בתחום החלל.
טלסקופ החלל האבל הוא פרויקט משותף של סוכנות החלל האמריקאית וסוכנות החלל האירופית. המכון המדעי של טלסקופ החלל בבולטימור מפעיל את הטלסקופ.
בתמונה: הכוכב המרוחק ארנדל.
אוסף הגלקסיות הצהובות בתמונה זהו צביר הגלקסיות המסיבי היוצר את תופעת העידוש הכבידתי.
הקשת האדומה הינה הגלקסיה המרוחקת, הנמתחת לכדי קשת בשל העידוש מהצביר. החץ הלבן מסמן את הכוכב המרוחק ארנדל.
CREDITS: SCIENCE: NASA, ESA, Brian Welch (JHU), Dan Coe (STScI)
IMAGE PROCESSING: NASA, ESA, Alyssa Pagan (STScI)
