סילונים במהירויות שונות שנפלטים ממערכות אסטרונומיות מוכרים למדע. קיים הסבר לסילונים מהירים ולסילונים איטיים, אך התנהגות מוזרה במהירויות הבינוניות אתגרה את החוקרים. מחקר שהוביל פרופ' אסף פאר מהמחלקה לפיזיקה באוניברסיטת בר-אילן בחן מחדש את הנתונים והציע פתרון חדשני לחידה: "לתוצאות יש משמעויות מרחיקות לכת בהבנת התופעה - פרצים של קרני גמא, והגורמים לה - התהליכים הפיזיקליים המייצרים סילונים"
פליטת חומר בצורת סילונים נפוצה מאוד, ונצפית במערכות אסטרונומיות רבות ושונות. נראה היה שישנו פער בהתפלגות המהירויות הנצפות בטבע: לצד סילונים איטיים יחסית המשויכים לכוכבי ניטרונים או למערכות כוכבים בינאריות, ישנם סילונים מהירים מאוד, "סילונים יחסותיים" (קרובים מאוד למהירות האור). הסילונים המהירים ביותר הידועים משויכים לתופעה הנקראת ״פרצים של קרני גמא". בתופעה זו, לאחר מספר שניות שבהן נראית פליטה חזקה של קרינת גמא, הפליטה דועכת ונצפית כאורכי גל נמוכים יותר, בעיקר כקרינת X, אך גם כאור הנראה וכקרינת רדיו.
מעבר לשאלה מדוע הסילונים בתופעה הם כל כך מהירים, בעיה ידועה נוספת בנוגע למקורות אלה, לכאורה בלתי קשורה, היא התנהגות בזמני הביניים - מאות עד אלפי שניות, שבהן בחלק מהמקרים הפליטה דועכת ובאחרים נשארת קבועה. בחלק מהמקרים, לאחר כמה עשרות שניות, פליטת קרינת X דועכת בשיעור ניכר, כפי שהיה מצופה מסילון יחסותי המתנגש עם התווך הבין-כוכבי (האבק והגזים המרחפים בין הכוכבים). אולם, בכ-60% מהמקורות הנצפים הפליטה הנראית בקרינת ה-X אינה דועכת, אלא נשארת קבועה. תצפית זו בלבלה את החוקרים, שכן לא נמצא לה הסבר משכנע מאז שהתגלתה לפני כ-18 שנה.
במחקר שבוצע במחלקה לפיזיקה באוניברסיטת בר-אילן, הוכח שהפליטה הקבועה הנראית היא תוצר טבעי של מהירות סילונים, שהיא נמוכה משמעותית ממה שהיה מקובל להניח, ומשלימה את הפער בין המהירויות הנמדדות ממקורות שונים. כלומר, המהירות הנמוכה מסבירה את היעדר הדעיכה. החוקרים הראו שתוצאות קודמות, שמהן הסיקו על מהירויות גבוהות, אינן תקפות במקרים אלו. בכך הם הציעו שינוי פרדיגמה והוכיחו שבטבע נוצרים סילונים בכל רצף המהירויות.
כאמור, אחת השאלות המרכזיות הפתוחות בחקר פרצים של קרני גמא היא מדוע באחוז ניכר של המקרים קרינת X, הנראית לאורך זמן ארוך, עד כדי כמה ימים, אינה דועכת לאורך זמן רב. כדי לענות על השאלה, החוקרים החלו במיפוי מדוקדק של הנתונים, שהם רבים אך מפוזרים ו"רועשים". לאחר חקר ספרות יסודי, הם יצרו מדגם של נתונים באיכות גבוהה.
השלב הבא של המחקר היה בחינה של ההסברים הקיימים בספרות לתופעה. נמצא שכל המודלים הקיימים, ללא יוצא מן הכלל, מניחים הנחות נוספות שאינן מגובות בנתונים. מה שיותר משמעותי הוא, שאף אחד מהמודלים לא הציע הסבר משכנע לנתונים הנקיים. לכן החוקרים חזרו למודל הבסיסי וניסו להבין איזו הנחה מהנחות היסוד אינה תקפה. נמצא שדי לשנות הנחה אחת, על מהירות הסילונים, כדי להסביר את הנתונים. החוקרים המשיכו, ובחנו את הנתונים שהובילו אסטרופיזיקאים אחרים להסיק שהסילונים חייבים להיות יחסותיים (כלומר מהירים) מאוד, וגילו - להפתעתם ולשמחתם - שאף אחד מהטיעונים הקיימים אינו תקף במקרים שהם חקרו. משם המסקנה שהם כנראה בכיוון הנכון הייתה קצרה.
מוביל המחקר, פרופ' אסף פאר, מעיד על עצמו שהוא תיאורטיקן שאוהב לעבוד עם נתונים: "מערכות אסטרו-פיזיקליות ככלל מתאפיינות במורכבות רבה, ולעתים קרובות מודלים תיאורטיים, שהם מטבעם פשטניים יותר, עלולים לפספס נקודות מרכזיות", הוא הסביר. "במקרים רבים, בחינה מדוקדקת של הנתונים, כפי שביצענו כאן, מראה שרעיונות קיימים פשוט לא עובדים, מה שהוביל אותנו להעלות רעיונות חדשים. בנוסף, כפי שקורה לא מעט, לעתים הרעיון הפשוט ביותר הוא מספק - אין צורך להוסיף מורכבות".
שותפיו המרכזיים של פרופ' פאר למחקר הם הכותבת הראשית, ד"ר חוסנה דרלי-בגואה (Dereli-Begue) מקבוצת המחקר בבר-אילן, ופרופ' פליקס רייד (Ryde) מהמכון הטכנולוגי בשטוקהולם. בעוד שפרופ' פאר התמקד בתיאוריה, שותפיו התמקדו בניתוח הנתונים שתמכו בתיאוריה שהוא הציע. "לקח לנו זמן לפתח את ההבנה, וברגע שהבנתי שבסך הכול צריך לשנות פרמטר אחד, הכול הסתדר כמו פאזל", הוסיף פרופ' פאר. "עד כדי כך שבאיזשהו שלב, בכל פעם שהעלנו בעיה פוטנציאלית חדשה, היה לי ברור שהנתונים יהיו לטובתנו, מה שאכן קרה".
החוקרים אמרו כי מחקר באסטרופיזיקה הוא מחקר בסיסי. במקרה הזה טמון פוטנציאל משמעותי לשינוי פרדיגמה בתחום. אם אכן החוקרים צודקים, לתוצאות יש משמעויות מרחיקות לכת בהבנת התופעה - פרצים של קרני גמא, והגורמים לה - התהליכים הפיזיקליים המייצרים סילונים. לדברי החוקרים, המקורות של התופעה עדיין אינם ידועים במלואם, אך ברור שהיא קשורה לקריסה של כוכב (או זוג כוכבים) לתוך חור שחור. לתוצאת המחקר יש חשיבות רבה מאוד בהבנת המנגנונים האלה, וכן בסוג הכוכבים המסיימים את חייהם בצורה המייצרת קרינת גמא חזקה.
"מחקר מדעי הוא מרתק. כל הזמן מעלים רעיונות ובודקים. כיוון שהנתונים הם לרוב לא חד-משמעיים, לרוב אנשים פשוט מפרסמים את הרעיונות וממשיכים הלאה", אומר פרופ' פאר. "כאן היה מקרה ייחודי, שבו אחרי שבחנו רעיונות רבים, פתאום הבנתי שההסבר יכול להיות מאוד פשוט. לאחר שהצעתי את ההסבר, בדקנו אותו פעם אחר פעם למול הנתונים הקיימים, והוא צלח מבחן אחרי מבחן. כך שלעיתים, ההסבר הפשוט ביותר הוא גם המוצלח ביותר".
המאמר נבחר על ידי עורך כתב העת המדעי Nature Communication כאחד מ-50 המאמרים החשובים שפורסמו לאחרונה. למאמר המלא באנגלית - לחצו כאן
