אסטרופיזיקה

טיפוסית בקבוצה שערות ברניקי מצוינת עם קוטר כ-56,000 שנות אור ומרחק של כ-60 מיליון שנות אור.

אסטרופיזיקה (מיוונית: אסטרון, כוכב) היא ענף של האסטרונומיה שעוסק בפיזיקה של היקום. היא בודקת תכונות פיזיות של גופים שמימיים, כמו בהירות, צפיפות, טמפרטורה והרכב כימי. תחום זה משתמש בכלים מתורת המכאניקה, אלקטרומגנטיות, תרמודינמיקה, מכניקת הקוונטים, יחסות, פיזיקה גרעינית ועוד.

במוסדות אקדמיים שמות המחלקות יכולים להיות "אסטרופיזיקה" או "אסטרונומיה" - הבחירה לעיתים משקפת היסטוריה ולא רק את התוכן.

אנשים צפו בכוכבים אלפי שנים. בתחילה ראו בשמיים סימנים אלוהיים או שימושיים לחקלאות ולניווט. כמה הוגים קדומים הציעו שהכוכבים והכוכבים־הלכתיים נעים סביב השמש. ניקולאוס קופרניקוס חיזק את הרעיון ההליוצנטרי, וגלילאו גליליי תיעד ירחים של צדק שנעים סביבו. מאוחר יותר חוקי קפלר תארו את התנועות, ואייזק ניוטון הראה שחוקי הכבידה והדינמיקה חלים גם על גרמי השמים. במאה ה-19 מצאו תווי ספקטרום באור השמש; ספקטרוסקופיה (חקירת קווי האור) הראתה שהשמש מכילה יסודות שידועים על הארץ. ססיליה פיין-גפושקין מצאה שהשמש עשויה בעיקר מימן, וזה הוביל להבנה שתהליכי היתוך גרעיני מספקים את האנרגיה שלה.

מרבית התצפיות נעשות באמצעות הספקטרום האלקטרומגנטי, כלומר סוגי הקרינה והאור שאנו מקבלים מהחלל. בנוסף אפשר למדוד תופעות נדירות יותר, כמו גלי כבידה, עיוותים בחלל-זמן שנמדדו ישירות באמצעות LIGO בפברואר 2016. יש מתקנים לגילוי נייטרינו, חלקיקים זעירים מהשמש, ומצפים לחלקיקי קרינה קוסמית שנכנסים לאטמוספירה. תצפיות שונות מתבצעות בזמני מדידה שונים: טווחים קצרים מאפשרים לעקוב אחרי תופעות מהירות, בעוד שנתוני תצפית לאורך שנים מגלים תהליכים איטיים.

מחקר ניסוי גם כולל את אסטרופיזיקה הגרעינית. מאיצי חלקיקים משחזרים במעבדה תנאים דמויי כוכבים, כדי לבדוק תהליכים גרעיניים שעושים יסודות כימיים.

תאורטיקנים בונים מודלים פיזיקליים שמנבאים תופעות. תצפיות בודקות אם הניבויים נכונים. כשנתונים חדשים לא מתאימים למודלים, התאוריות משתנות.
נושאים עיקריים: אבולוציה כוכבית (התפתחות של כוכבים), היווצרות גלקסיות, מבנה היקום הגדול, מקורות קרינה קוסמית, יחסות כללית, חורים שחורים וקוסמולוגיה פיזיקלית. תורת היחסות הכללית חשובה להבנת כבידה, חורים שחורים וגלי כבידה.

מודל Lambda-CDM הוא מסגרת קוסמולוגית שמאגדת עקרונות של המפץ הגדול, חומר אפל ואנרגיה אפלה, כדי להסביר את קרינת הרקע הקוסמית, מבנה היקום והתפשטותו המואצת.

חומר אפל ואנרגיה אפלה הם נושאים מרכזיים במחקר האסטרופיזיקלי העדכני.

בישראל לימודי אסטרופיזיקה בתואר ראשון מוגבלים בדרך כלל לקורס מבוא. תארים מתקדמים מתקיימים באוניברסיטאות ובמכוני מחקר כמו תל אביב, הטכניון, מכון ויצמן, העברית, בן-גוריון ובר-אילן. המחקר התצפיתי נעשה בעיקר במצפה וייז במצפה רמון, בו נמצא הטלסקופ הגדול בארץ. יש גם מצפים חינוכיים נוספים. מדענים ישראלים משתמשים גם בטלסקופים בחו"ל ובלוויינים כמו האבל. במרכז שורק פועל מאיץ חלקיקים שמשמש למחקר גרעיני רלוונטי לכוכבים.

טיפוסית בקבוצה שערות ברניקי גדולה ומרוחקת מאוד.

אסטרופיזיקה (חקר הפיזיקה של היקום) בוחנת כוכבים, גלקסיות וחורים שחורים. היא בודקת איך חמים וחומרי הם.

אדם צפה בשמיים מאז ומעולם. פעם חשבו שהשמש והכוכבים הם רצון של אלים. מדענים כמו קופרניקוס וטסו את הרעיון שכוכבי הלכת סובבים סביב השמש. גלילאו ראה ירחים מסביב לצדק. ניוטון הראה שכוח הכבידה פועל על השמים ועל הארץ באותו אופן.

במאה ה-19 ראו בקווים באור של השמש יסודות כימיים. ספקטרוסקופיה (בדיקה של קווי אור) הראתה שהשמש מכילה יסודות. אחר כך ססיליה פיין-גפושקין גילתה שהשמש עשויה בעיקר מימן. זה הסביר מדוע השמש בוערת זמן רב.

רוב התצפיות נעשות באור ובקרינה שונים (הספקטרום האלקטרומגנטי, כל סוגי האור והקרינה). יש גם מכשירים למדידת גלי כבידה (עיוותים בחלל-זמן) כמו LIGO. קיימים גלאים לנייטרינו (חלקיקים קטנים מהשמש) ומצפים לקרינה קוסמית.

תאורטיקנים בונים מודלים שמסבירים איך כוכבים וגלקסיות נוצרים ומתפתחים. הם משתמשים ביחסות (תורת הכבידה של איינשטיין) כדי להבין חורים שחורים וגלי כבידה.

בישראל יש לימודים ומחקר בתל אביב, הטכניון, מכון ויצמן, העברית, בן-גוריון ובר-אילן. המחקר נעשה במצפה וייז במצפה רמון. במרכז שורק יש מאיץ חלקיקים המשמש למחקר גרעיני הקשור לכוכבים.