מה נשאר כשכוכב גדול מת
כוכב כבד פי כמה וכמה מהשמש מסיים את חייו בסופרנובה. ליבת הברזל שלו, שכבר אינה יכולה לשחרר אנרגיה בהיתוך, קורסת תחת משקלה בפחות משנייה. האלקטרונים נדחסים לתוך הפרוטונים והופכים אותם לנייטרונים, והקריסה נעצרת רק כשהנייטרונים עצמם צמודים זה לזה. השכבות החיצוניות נהדפות ממנה לאחור ומועפות אל החלל. מה שנשאר מאחור הוא כוכב נייטרונים.
בכוכב נייטרונים דחוסה מסה של בערך פעם וחצי מסת השמש לתוך כדור שרוחבו כ־24 km, בגודל של עיר. הוא צפוף כמו גרעין של אטום: כפית אחת מהחומר שלו הייתה שוקלת מיליארדי טונות. הכבידה על פניו חזקה בערך פי מאתיים מיליארד מזו של כדור הארץ.
הסיבוב מואץ
הליבה הקורסת שומרת על הסיבוב שלה, כמו מחליקה על הקרח שמסתובבת מהר יותר כשהיא מקרבת את הזרועות לגוף. ליבה שהסתובבה בעצלתיים כחלק מהכוכב, ושהתכווצה מרוחב של אלפי קילומטרים לשני תריסרי קילומטרים בערך, מסיימת כשהיא מסתובבת פעמים רבות בשנייה. פולסר הסרטן, שנותר מסופרנובה שאסטרונומים בסין תיעדו ב־1054, עדיין מסתובב בערך 30 פעמים בשנייה.
גם השדה המגנטי של הכוכב נדחס באותו אופן. בסוף הוא מגיע לכמאה מיליון טסלה, חזק פי מיליונים מכל מגנט שנבנה על כדור הארץ. השדה מסתובב יחד עם הכוכב, וכמו אצל כדור הארץ, הציר שלו לא חייב להתיישר עם ציר הסיבוב.
מגדלור בחלל
מעל כל קוטב מגנטי, קווי השדה יוצאים אל החלל במקום להתעקל בחזרה אל הכוכב. השדה המסתובב תולש חלקיקים טעונים מפני הכוכב ומשליך אותם החוצה לאורך הקווים הפתוחים האלה, והם פולטים אלומה צרה של גלי רדיו מכל קוטב. מכיוון שהציר המגנטי נוטה, שתי האלומות סורקות את השמיים בכל סיבוב, כמו הפנס של מגדלור.
מכדור הארץ אנחנו לא רואים שום דבר מזה ישירות. אנחנו רואים הבזק בכל פעם שאלומה חוצה את קו הראייה שלנו, ולכן רדיו־טלסקופ רושם רצף סדיר של פולסים, פולס אחד לכל סיבוב של הכוכב. זה פולסר. הפולסים מגיעים בתדירות שבה הכוכב מסתובב, ולכן התזמון שלהם מודד את קצב הסיבוב שלו ישירות.
נסו: בחרו פועל תחת הצגת הפולסים, ואז לחצו על המהיר ביותר תחת קצב סיבוב. הפולסים בגרף שומרים על הצורה שלהם, אבל הזמן ביניהם מתכווץ ל־1.4 ms: הכוכב מסתובב 716 פעמים בשנייה.
הנטייה קובעת מה אנחנו רואים
אם פולסר פועם בשבילנו תלוי בכיוון שאליו מצביעות האלומות שלו. אם הציר המגנטי קרוב לציר הסיבוב, כל אלומה משרטטת מעגל קטן סביב הקוטב ולעולם לא מתקרבת לכדור הארץ. הכוכב עדיין שם ועדיין משדר אלומות, אבל אנחנו לא מבחינים בו לעולם. אסטרונומים מעריכים שבגלל זה אנחנו רואים רק מיעוט מהפולסרים שבגלקסיה שלנו.
הטו את האלומות עוד, ואחת מהן מתחילה לחלוף על פני כדור הארץ. בהתחלה היא רק מלטפת אותנו בקצה והפולס חלש; ככל שמרכז האלומה מתקרב לקו הראייה שלנו, הפולס נעשה גבוה יותר וארוך יותר. אם הציר המגנטי כמעט ניצב לציר הסיבוב, שתי האלומות יכולות לחלוף על פנינו, בהפרש של חצי סיבוב, ואנחנו רואים פולס ראשי ופולס שני, פולס ביניים, בכל סיבוב. לחלק קטן מהפולסרים הידועים, ובהם הסרטן, יש פולס כזה.
נסו: קבעו את נטיית האלומות על 20°, ורצף הפולסים נעשה שטוח. העלו את הנטייה לאט מבערך 65° וצפו בפולס מופיע, ואז העלו אותה עד 90° כדי לראות את פולס הביניים.
שעונים בשמיים
הפולסר הראשון התגלה ב־1967 על ידי ג’וסלין בל ברנל, סטודנטית לתואר מתקדם בקיימברידג’, ברישומי הנייר של רדיו־טלסקופ חדש. הפולסים שלו הגיעו כל 1.34 שניות, בסדירות כזאת שהצוות כינה אותו, בחצי צחוק, LGM-1, ראשי התיבות של “אנשים ירוקים קטנים” באנגלית, לפני שנמצאו עוד פולסרים וכוכב הנייטרונים המסתובב הסביר את כולם. היום ידועים יותר משלושת אלפים פולסרים.
פולסר מאבד את הסיבוב שלו לאט, כי השדה המסתובב שלו נושא איתו אנרגיה החוצה; הסיבוב של הסרטן מתארך בערך במאה־אלפית שנייה בכל שנה. הפולסרים המהירים ביותר הם ותיקים שהואצו מחדש, במשך מיליוני שנים, על ידי גז שנפל עליהם מכוכב מלווה. פולסרי המילישנייה האלה מתקתקים ביציבות כזאת שהם מתחרים בשעונים אטומיים. התזמון של פולסרים חשף ב־1992 את כוכבי הלכת הראשונים שנמצאו אי פעם סביב כוכב אחר, והראה שני כוכבי נייטרונים במסלול זה סביב זה שמאבדים אנרגיה בדיוק כפי שגלי הכבידה של איינשטיין חוזים.
מה המודל משאיר בחוץ
הסצנה לא בקנה מידה. רוחבו של כוכב נייטרונים אמיתי הוא רק כ־24 km, ואילו האלומות שלו מתחילות מאות קילומטרים מעליו ומתפרשות על פני אלפים. הכוכב המצויר גם מסתובב לאט בהרבה מכוכב אמיתי; הכיתוב מתחת לגרף אומר בכמה. גלי רדיו אינם נראים לעין, ולכן האלומות מצוירות כאור סגול, וקווי השדה הם של מגנט מוטה פשוט, בלי ההתעקלות לאחור שלהם במקום שבו היו צריכים לנוע קרוב למהירות האור.
כל אלומה היא חרוט חלק ברוחב 15°, וכדור הארץ נמצא ב־80° מציר הסיבוב. אלומות אמיתיות אינן אחידות, והצורה המדויקת שלהן עדיין נחקרת; לפולסרים איטיים יותר יש אלומות צרות יותר, ולמהירים יותר רחבות יותר. גם הפולסים האמיתיים משתנים מסיבוב לסיבוב, מגיעים עם רעש רדיו ונמרחים בגלל הגז הדליל שבין הכוכבים, שמעכב תדרי רדיו נמוכים יותר מגבוהים. המודל לא מאט את הכוכב עם הזמן.