אסטרונומים חושבים שמצאו חור שחור בלתי נראה

אדם מקמאסטר הוא תלמיד מחקר לתואר שני (PhD) באסטרונומיה, האוניברסיטה הפתוחה; אנדרו נורטון הוא פרופסור לחינוך אסטרופיזיקלי, האוניברסיטה הפתוחה. הסיפור הזה הופיע במקור השיחה.

אסטרונומים מפורסמים תפס את הראשון תמונה ישירה אי פעם של חור שחור בשנת 2019, הודות לחומר הזוהר בנוכחותו. אבל חורים שחורים רבים כמעט בלתי אפשריים לזיהוי. כעת צוות אחר המשתמש ב- טלסקופ החלל האבל נראה שסוף סוף מצא משהו שאף אחד לא ראה קודם: חור שחור שהוא בלתי נראה לחלוטין. המחקר, אשר פורסם באינטרנט והוגש לפרסום ב- כתב עת אסטרופיזי, עדיין לא עובר ביקורת עמיתים.

חורים שחורים הם מה שנשאר לאחר שמתים כוכבים גדולים ולייבותיהם מתמוטטות. הם צפופים להפליא, עם כוח הכבידה כל כך חזק ששום דבר לא יכול לנוע מהר מספיק כדי לברוח מהם, כולל אור. אסטרונומים הם להוט ללמוד חורים שחורים כי הם יכולים לספר לנו הרבה על הדרכים שבהן כוכבים מתים. על ידי מדידת המוני החורים השחורים, אנו יכולים ללמוד על מה שהתרחש ברגעים האחרונים של הכוכבים, כאשר הליבות שלהם קרסו והשכבות החיצוניות שלהם נגרשו.

אולי נראה שחורים שחורים הם בהגדרה בלתי נראים - הם בסופו של דבר הרוויחו את שמם בזכות יכולתם ללכוד אור. אבל אנחנו עדיין יכולים לזהות אותם דרך הדרך שבה הם מתקשרים עם עצמים אחרים הודות לכוח הכבידה החזק שלהם. מאות חורים שחורים קטנים זוהו על ידי האינטראקציה שלהם עם כוכבים אחרים.

ישנן שתי גישות שונות לאיתור כזה. ב"כוכבים בינאריים בקרני רנטגן"- שבו כוכב וחור שחור מקיפים מרכז משותף תוך הפקת קרני רנטגן - שדה הכבידה של חור שחור יכול למשוך חומר מחברו. החומר מקיף את החור השחור, מתחמם על ידי חיכוך תוך כדי כך. ה חומר חם זוהר בבהירות באור רנטגן, מה שהופך את החור השחור לגלוי, לפני שהוא נשאב לתוך החור השחור ונעלם. אתה יכול גם לזהות זוגות של חורים שחורים כשהם מתמזגים יחד, מתגלגלים פנימה ופולטים הבזק קצר של גלי כבידה, שהם אדוות במרחב-זמן.

ישנם חורים שחורים סוררים רבים אשר נסחפים בחלל מבלי ליצור אינטראקציה עם דבר, עם זאת, מה שקשה לזהות אותם. זו בעיה, כי אם אנחנו לא יכולים לזהות חורים שחורים מבודדים, אז אנחנו לא יכולים ללמוד על איך הם נוצרו ועל מות הכוכבים מהם באו.

אופקים חדשים ואפלים

כדי לגלות חור שחור בלתי נראה שכזה, צוות המדענים היה צריך לשלב שני סוגים שונים של תצפיות במשך כמה שנים. ההישג המרשים הזה מבטיח דרך חדשה למצוא את המעמד החמקמק בעבר של חורים שחורים מבודדים.

של איינשטיין תורת היחסות הכללית חזה שעצמים מסיביים יכופפו את האור כשהוא יעבור על פניהם. זה אומר שכל אור שיעבור קרוב מאוד לחור שחור בלתי נראה - אבל לא מספיק קרוב כדי להגיע בתוכו - יתכופף בצורה דומה לאור העובר בעדשה. זה נקרא עדשת כבידה, וניתן לזהות כאשר אובייקט בחזית מתיישר עם אובייקט ברקע, מכופף את האור שלו. השיטה כבר שימשה לחקר הכל, החל מצבירי גלקסיות ועד כוכבי לכת סביב כוכבים אחרים.

מחברי המחקר החדש הזה שילבו שני סוגים של תצפיות בעדשות כבידה בחיפוש אחר חורים שחורים. זה התחיל בכך שהם הבחינו באור מכוכב מרוחק גדל פתאום, מה שגרם לו להיראות בהיר יותר לפני שהוא חוזר לשגרה. עם זאת, הם לא יכלו לראות שום אובייקט בחזית שגורם להגדלה באמצעות תהליך של עדשת כבידה. זה הצביע על כך שהאובייקט עשוי להיות חור שחור בודד, משהו שמעולם לא נראה קודם לכן. הבעיה הייתה שזה גם יכול היה להיות פשוט כוכב חלש.

להבין אם זה חור שחור או כוכב קלוש דרש הרבה עבודה, וכאן נכנס הסוג השני של תצפיות עדשות כבידה. המחברים צילמו שוב ושוב תמונות עם האבל במשך שש שנים, מודדים עד כמה הכוכב נראה נע כשהאור שלו הוטה.

בסופו של דבר זה נתן להם לחשב את המסה והמרחק של האובייקט שגרם לאפקט העדשה. הם גילו שהיא בערך פי שבעה מהמסה של השמש שלנו, שנמצאת במרחק של כ-5,000 שנות אור, מה שנשמע רחוק אבל למעשה קרוב יחסית. כוכב בגודל כזה וקרוב צריך להיות גלוי לנו. מכיוון שאנחנו לא יכולים לראות את זה, הם הגיעו למסקנה שזה חייב להיות חור שחור מבודד.

זה לא קל לקחת כל כך הרבה תצפיות עם מצפה כוכבים כמו האבל. הטלסקופ פופולרי מאוד ויש תחרות רבה על זמנו. ובהתחשב בקושי לאשר אובייקט כזה, אתה עשוי לחשוב שהסיכויים למצוא עוד מהם אינם גדולים. למרבה המזל, אנחנו בתחילתה של מהפכה באסטרונומיה. זאת הודות לדור חדש של מתקנים, כולל המתמשכים סקר גאיה, ובקרוב מצפה הכוכבים של ורה רובין ו טלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס, שכולן יבצעו מדידות חוזרות ונשנות של חלקים גדולים מהשמים בפירוט חסר תקדים.

זה הולך להיות ענק עבור כל תחומי האסטרונומיה. ביצוע מדידות סדירות ובדיוק גבוה של כל כך הרבה מהשמים יאפשר לנו לחקור בהמוניהם דברים המשתנים בטווחי זמן קצרים מאוד. נלמד דברים מגוונים כמו אסטרואידים, כוכבים מתפוצצים הידועים כסופרנובות וכוכבי לכת סביב כוכבים אחרים בדרכים חדשות.

כשזה מגיע לחיפוש אחר חורים שחורים בלתי נראים, זה אומר שבמקום לחגוג למצוא רק אחד, אנחנו יכולים בקרוב למצוא כל כך הרבה שזה הופך לשגרה. זה יאפשר לנו להשלים את הפערים בהבנתנו לגבי מותם של כוכבים ויצירת חורים שחורים.

בסופו של דבר, החורים השחורים הבלתי נראים של הגלקסיה עומדים למצוא את זה הרבה יותר קשה להסתיר.