אסטרונומים חושבים שהבחינו לראשונה בחור שחור ‘בלתי נראה’

חורים הצליחו לזהות חור שחור שחומר לא נופל לתוכו או שאינו חלק ממערכת בינארית, ובכך בעצם הוא לא חשוף לעין וכמעט לכל מכשיר אחר כמה טלסקופים שנמצאים בבניה או לקראת שימוש יוכלו לזהות חורים שחורים בודדים כאלה באופן יום יומי

מאת: אדם מקמסטר, סטודנט לתואר שני באסטרונומיה, ואנדרו נורטון, פרופסור לחינוך לאסטרופיזיקה, האוניברסיטה הפתוחה של בריטניה

אסטרונומים צילמו את התמונה הישירה הראשונה אי פעם של חור שחור בשנת 2019, הודות לחומר שזוהר בקרבתו. אבל חורים שחורים רבים למעשה כמעט בלתי ניתנים לזיהוי. כעת צוות אחר שהשתמש בטלסקופ החלל האבל מצא סוף סוף משהו שאף אחד לא ראה לפני כן: חור שחור בלתי נראה לחלוטין. המחקר, שפורסם באינטרנט והוגש לפרסום בכתב העת Astrophysical Journal, טרם עבר ביקורת עמיתים.

חורים שחורים הם מה שנשאר אחרי שכוכבים גדולים מתים וליבתם קורסת. הם צפופים להפליא. כוח המשיכה שלהם כל כך חזק ששום דבר לא יכול לנוע מהר מספיק כדי לברוח מהם, כולל אור. אסטרונומים להוטים לחקור חורים שחורים כי הם יכולים לספר לנו הרבה על הדרכים שבהן כוכבים מתים. באמצעות מדידת המסות של חורים שחורים, אנו יכולים ללמוד על מה שקרה ברגעים האחרונים של הכוכבים, כאשר הליבות שלהם קרסו והשכבות החיצוניות שלהם הועפו לחלל.

לכאורה נראה כי חורים שחורים הם מעצם הגדרתם בלתי נראים –  אחרי הכל הם הרוויחו את שמם דרך היכולת שלהם ללכוד אור. אבל אנחנו עדיין יכולים לזהות אותם דרך האופן שבו הם משפיעים על עצמים אחרים הודות לכוח המשיכה החזק שלהם. מאות חורים שחורים קטנים התגלו בזכות תכונה זו.

ישנן שתי גישות שונות לגילוי כזה. ב”כוכבים בינאריים בתחום הרנטגן” – שבהם כוכב רגיל וחור שחור מקיפים מרכז משותף  תוך כדי הפקת קרינת רנטגן – שדה הכבידה של החור השחור יכול למשוך חומר מחברו. החומר מקיף את החור השחור, מתחמם בגלל חיכוך ואז החומר החם זוהר באור בתחום הרנטגן, מה שהופך את החור השחור לגלוי, לפני שהחומר מהכוכב המלווה נשאב לתוך החור השחור ונעלם. ניתן גם לזהות זוגות של חורים שחורים כשהם מתמזגים ופלטים הבזק קצר של גלי כבידה, שהם אדוות במרחב-זמן.

ישנם חורים שחורים סוררים רבים הנסחפים בחלל מבלי לקיים אינטראקציה עם אף כוכב אחר, מה שהופך אותם קשים לזיהוי. זו בעיה, כי אם אנחנו לא יכולים לזהות חורים שחורים מבודדים, איננו יכולים ללמוד איך הם נוצרו ועל מותם של הכוכבים מהם באו.

אופקים חדשים וחשוכים

כדי לגלות חור שחור בלתי נראה שכזה, היה צוות המדענים צריך לשלב שני סוגים שונים של תצפיות במשך מספר שנים. הישג מרשים זה מבטיח דרך חדשה למצוא את הגופים החמקמקים הללו.

תורת היחסות הכללית של איינשטיין חזתה שעצמים מסיביים  יכופפו אור שחולף בסמוך אליהם. משמעות הדבר היא שכל אור העובר קרוב מאוד לחור שחור בלתי נראה – אך לא קרוב מספיק כדי ליפול לתוכו – יתעקם  באופן דומה לאור העובר דרך עדשה. התופעה הזו נקראת עדשת כבידה, והיא משמשת שנים רבות לחקר תופעות רבות בחלל, החל מאשכולות גלקסיות ועד כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים.

מחברי המחקר החדש שילבו שני סוגים של תצפיות כבידה בחיפוש אחר חורים שחורים. זה התחיל בכך שהם הבחינו באור מכוכב מרוחק, שלפתע גדל, לפני שהוא חוזר לבהירותו המקורית. הם לא יכלו לראות שום עצם קרוב יותר אלנו שגרם להגדלה באמצעות תהליך העדשה הכבידתית. הדבר רמז על כך שהעצם עשוי להיות חור שחור בודד, משהו שמעולם לא נראה בעבר. הבעיה הייתה שזה יכול היה להיות גם סתם כוכב בעל אור חיוור.

כדי להבין אם זה היה חור שחור או כוכב חלש נדרשה הרבה עבודה, וכאן נכנס הסוג השני של תצפיות עדשת כבידה. המחברים צילמו שוב ושוב תמונות עם האבל במשך שש שנים, ומדדו כמה רחוק הכוכב נראה נע כשהאור שלו סטה.

בסופו של דבר זה איפשר להם לחשב את המסה והמרחק של של העצם שגרם לאפקט העדשה. הם גילו שזה היה עצם בעל 7 מסות שמש, הממוקם כ- 5,000  שנות אור מאיתנו.  זה נשמע רחוק אבל למעשה קרוב יחסית: כוכב בגודל כזה ובמרחק כזה היה צריך להיות גלוי לנו. מכיוון שאנחנו לא יכולים לראות אותו, הם הגיעו למסקנה שזה חייב להיות חור שחור מבודד.

לבצע כל כך הרבה תצפיות עם מצפה כוכבים כמו האבל זה לא קל. הטלסקופ פופולרי מאוד ויש הרבה תחרות על זמנו. ובהתחשב בקושי לאשר עצם כזה, אתם עשויים לחשוב שהסיכויים למציאת עוד מהם אינם גדולים. למרבה המזל, אנחנו בתחילתה של מהפכה באסטרונומיה. זאת הודות לדור חדש של מתקנים, כולל סקר גאיה המתמשך, ומצפה הכוכבים ורה רובין העומד להיפתח בקרוב וכן טלסקופ החלל ננסי גרייס, שכולם יבצעו מדידות חוזרות ונשנות של חלקים גדולים של השמים בפירוט חסר תקדים.

“זו הולכת להיות מהפכה, זה הולך להיות ענק לכל תחומי האסטרונומיה. בזכות מדידות חוזרות בדיוק גבוה של חלק כל כך גדול מהשמים יתאפשר לנו לחקור בקנה מידה גדול תופעות משתנות בלוחות זמנים קצרים מאוד. נחקור עצמים מגוונים כמו אסטרואידים, סופרנובות וכוכבי לכת סביב כוכבים אחרים בדרכים חדשות.

כשמדובר בחיפוש אחר חורים שחורים בלתי נראים, המשמעות היא שבמקום לחגוג גילוי חור שחור אחד בלבד, נוכל בקרוב לגלות הרבה חורים שחורים כעניין שבשגרה. הדבר יאפשר לנו למלא את הפערים בהבנתנו את מותם של כוכבים ויצירת חורים שחורים.

בסופו של דבר, החורים השחורים הבלתי נראים של הגלקסיה עומדים להתגלות יותר בקלות ויהיה להם קשה יותר להסתתר.

למאמר ב-The Conversation

עוד בנושא באתר הידען:

• אור חדש על חורים שחורים
• מדענים אישרו קיום החור השחור בלב “שביל החלב”
• האם אפשר לשאוב אנרגיה מחור שחור? / אדם בראון
• חור שחור אימתני התגלה בזכות החומר שהוא מושך מבן זוגו
• חורים בתאוריה – ובמציאות