נתונים מטלסקופ EHT (Event Horizon Telescope) נותנים למדענים רעיון חדש על המפלצת הנקראת שביל החלב. הודות לנתונים אלה, אנו מסתכלים מקרוב על החור השחור בפעם הראשונה.

מערכת של טלסקופי רדיו הממוקמים סביב כדור הארץ ואנחנו קוראים לה EHT (טלסקופ אופק אירועים), התמקד בכמה ענקים. קשת א הוא החור השחור העל-מאסיבי במרכז שביל החלב, ולחור שחור גדול עוד יותר במרחק 53,5 מיליון שנות אור בגלקסיה M87. באפריל 2017 התאחדו המצפים כדי לצפות בגבולות של חורים שחורים, שבהם כוח הכבידה כה חזק שאפילו קרני אור לא יכולות לצאת ממנו. לאחר כמעט שנתיים של השוואת נתונים, פרסמו המדענים את התמונות הראשונות שהושגו של תצפיות אלה. כעת מקווים מדענים שהתמונות החדשות יכולות לספר לנו יותר על חורים שחורים.

איך באמת נראה חור שחור?

חורים שחורים באמת ראויים לשמם. חיית הכבידה הענקית אינה פולטת אור באף חלק בספקטרום האלקטרומגנטי, כך שזה כאילו הם לא קיימים בפני עצמם. אבל אסטרונומים יודעים שהם נמצאים שם בגלל סוג כלשהו של לוויה. כאשר כוח הכבידה שלהם פועם דרך גז הכוכבים והאבק, נוצר סביבם חומר בצורת דיסק צבירה מסתובב כשהאטומים שלהם מתנגשים זה בזה. פעילות זו פולטת "חום לבן" ופולטת קרני רנטגן ושאר קרינה עתירת אנרגיה. החורים השחורים הרוויים ביותר "שנאה" ואז מקרינים את כל הכוכבים בגלקסיות שמסביב.

בתמונה מטלסקופ EHT, צפויה Sagittaria A באזור שביל החלב, הנקראת גם Sgr A, צללית של חור שחור על דיסקית הצבירה הנלווית שלה של חומר בהיר. הדמיות מחשב וחוקי הפיזיקה הכבידה נותנים לאסטרונומים מושג די טוב למה לצפות. בשל כוח הכבידה הגבוה ליד החור השחור, דיסקת ההצטברות תתעוות סביב אופק הטבעת וחומר זה ייראה מאחורי החור השחור. התמונה שתתקבל כנראה תהיה א-סימטרית. כוח הכבידה מכופף את האור מהחלק הפנימי של הדיסק לכיוון כדור הארץ חזק יותר מהחלק החיצוני, מה שהופך את חלק הטבעת לבהיר יותר.

האם חוקי היחסות הכללית חלים סביב חור שחור?

הצורה המדויקת של הטבעת עשויה לפתור את הקיפאון הכי מתסכל בפיזיקה התיאורטית. שני עמודי התווך של הפיזיקה הם תורת היחסות הכללית של איינשטיין, השולטת בעצמים מסיביים וחזקים מבחינה כבידה כמו חורים שחורים, ומכניקת הקוונטים, השולטת בעולם המוזר של חלקיקים תת-אטומיים. כל תיאוריה פועלת בתחום שלה. אבל הם לא יכולים לעבוד ביחד.

הפיזיקאית ליה מדיירוס מאוניברסיטת אריזונה בטוסון אומרת:

"תורת היחסות הכללית ופיזיקה קוונטית אינן תואמות זו את זו. אם תורת היחסות הכללית מיושמת באזור החור השחור, אז זה עשוי להיות פריצת דרך עבור תיאורטיקנים בפיזיקה".

מכיוון שחורים שחורים הם סביבת הכבידה הקיצונית ביותר ביקום, הם הסביבה הטובה ביותר למבחן מאמץ של תורת הכבידה. זה כמו לזרוק תיאוריות לקיר ולצפות לראות אם ואיך הן מפרקות את זה. אם תורת היחסות הכללית תקפה, אז מדענים מצפים שלחור השחור יהיה צל ספציפי ולכן צורה מעגלית, אם התיאוריה של איינשטיין לא תחול, אז לצל תהיה צורה אחרת. ליה מדיירוס ועמיתיה יישמו הדמיית מחשב על הצללים השונים של 12 חורים שחורים שיכולים להיות שונים מהתיאוריות של איינשטיין.

ל. מדריוס אומר:

"אם נמצא משהו שונה (תיאוריות חלופיות של כוח הכבידה), זה יהיה כמו מתנת חג המולד."

אפילו סטייה קטנה מתורת היחסות הכללית תעזור לאסטרונומים לכמת את מה שהם רואים לפי מה שהם מצפים.

האם כוכבים מתים נקראים פולסרים המקיפים חור שחור בשביל החלב?

דרך נוספת לבחון את תורת היחסות הכללית סביב חורים שחורים היא לראות כיצד כוכבים נעים סביבם. כאשר אור מכוכבים זורם דרך שדה הכבידה הקיצוני של חור שחור סמוך, האור "נמתח" וכך נראה לנו אדום יותר. תהליך זה נקרא "הסטה לאדום כבידה", ונחזה על ידי תורת היחסות הכללית. בשנה שעברה, אסטרונומים צפו בו ליד אזור SgrA. עד כאן חדשות טובות לתיאוריה של איינשטיין. דרך טובה עוד יותר לאשש תופעה זו היא לבצע את אותה בדיקה על פולסרים, המסתובבים במהירות וסוחפים את השמים זרועי הכוכבים בקרני קרינה במרווחי זמן קבועים, הנראים לנו כאילו הם פועמים.

הסטת כבידה לאדום תשבש אפוא את הריצה המטרונומית הרגילה ועל ידי התבוננות בהם תהיה מבחן מדויק יותר של תורת היחסות הכללית.

סקוט רנסון מהמצפה הלאומי האסטרונומי בשרלוטסוויל אומר:

"עבור רוב האנשים הצופים באזור SgrA, זה יהיה חלום לגלות פולסר, או פולסרים המקיפים חור שחור. פולסרים יכולים לספק הרבה מאוד מבחנים מאוד מעניינים ומפורטים של תורת היחסות הכללית."

עם זאת, למרות תצפית מדוקדקת, עדיין לא נמצא פולסר המקיף קרוב מספיק לאזור SgrA. בין השאר משום שאבק וגז גלקטיים מפזרים את אלומותיהם ומקשים על מיקודם. אבל ה-EHT מספק את התצוגה הטובה ביותר עד כה אל מרכז גלי הרדיו, כך ש-S.Ransom ועמיתיו מקווים שאולי יוכלו להתמקד. "זה כמו משלחת דייג, הסיכוי לתפוס קטן מאוד, אבל זה שווה את זה", מוסיף ש.רנסום.

הפולסר PSR J1745-2900 (בצד שמאל באיור) התגלה בשנת 2013. הוא מסתובב במרחק של 150 שנות אור בדיוק מסביב לחור השחור שבמרכז הגלקסיה. עם זאת, זה רחוק מדי מכדי שיתקיימו כאן מבחנים מדויקים של תורת היחסות הכללית. עצם קיומו של הפולסר הזה נותן לאסטרונומים תקווה שבאמצעות ה-EHT הם יגלו פולסרים אחרים וקרובים יותר קרובים יותר לחור השחור.

איך חורים שחורים מייצרים סילונים?

חלק מהחורים השחורים הם אכלנים רעבים ושואבים כמויות אדירות של גז ואבק, בעוד שאחרים הם אכלנים בררנים. אף אחד לא יודע למה זה. נראה ש-SgrA הוא אכלן קשוח עם דיסק כהה להפתיע, למרות מסה השווה ל-4 מיליון מסות שמש. מטרה נוספת שמטרתה ה-EHT, החור השחור בגלקסיה M87 היא אוכלת רעבתנית. משקלו מגיע בין 3,5 ל-7,22 מיליארד שמשות. ושבנוסף לדיסק ההצטברות העצום שנצבר בקרבתו, הוא גם יורה החוצה באלימות זרם של חלקיקים תת-אטומיים טעונים למרחק של 5 שנות אור.

מכון תומס קריצ'באום לאסטרונומיה רדיו בבון אומר:

"זו קצת סתירה לחשוב שחור שחור מוציא משהו בכלל."

אנשים בדרך כלל חושבים שחור שחור רק סופג. חורים שחורים רבים מייצרים סילונים ארוכים ורחבים יותר מגלקסיות שלמות ויכולים להגיע למיליארדי שנות אור מהחור השחור.

שאלה טבעית היא איזה סוג של מקור אנרגיה חזק זה יכול להיות שפולט סילונים למרחקים כה גדולים. הודות ל-EHT, נוכל סוף סוף להתחקות אחר אירועים אלו בפעם הראשונה. לכן אנו יכולים להעריך את עוצמת השדה המגנטי של החור השחור בגלקסיית M87 על ידי מדידת ה-EHT, מכיוון שהם קשורים לעוצמות הסילון. על ידי מדידת תכונות הסילונים כשהם ליד חור שחור, היא עוזרת לקבוע מהיכן מגיע הסילון - מתוך הדיסק שלו, או מחלק אחר של הדיסק, או מהחור השחור עצמו.

תצפיות אלו עשויות גם להבהיר אם הסילונים מקורם מהחור השחור או מחומר שזורם במהירות בדיסק. מכיוון שסילונים יכולים לשאת חומר מהמרכז הגלקטי אל האזור הבין-גלקטי, אז זה יכול להסביר את ההשפעה על התפתחותן וצמיחתן של גלקסיות. ואפילו היכן נולדים כוכבי לכת וכוכבים.

ט' קריצ'באום אומר:

"חשוב להבין את התפתחות הגלקסיות מהיווצרותם המוקדמת של חורים שחורים ועד להולדת כוכבים ובסופו של דבר ועד להולדת החיים. זה סיפור גדול מאוד, ועל ידי לימוד סילוני חורים שחורים, אנחנו מוסיפים רק חלקים קטנים לפאזל הגדול של החיים".

הערת המפרסם: הסיפור הזה עודכן ב-1 באפריל 2019 כדי לציין את המסה של החור השחור M 87: מסת הגלקסיה היא פי 2,4 טריליון מזו של השמש. לחור שחור לבדו יש מסה של כמה מיליארדי שמשות. תוספת, סימולציית החור השחור היא דוגמה לאישוש תורת היחסות הכללית של איינשטיין, ולא להפריכה.