גיל ההתבגרות: מתי גדלו החורים השחורים?
חוקרים באוניברסיטת ת"א מצאו את התקופה בה חל עיקר הגידול של החורים השחורים הגדולים ביותר ביקום – כ-1.2 מיליארד שנה אחרי המפץ הגדול
מחקר חדש של אוניברסיטת ת"א מצא את "גיל ההתבגרות" של החורים השחורים העצומים ביותר ביקום, בו גדלו במהירות. לפני שנסביר במה בדיוק מדובר, כדאי שנבין קודם מהם חורים שחורים – ככל הנראה הגופים האקזוטים והמסקרנים ביותר ביקום.
אפשרות קיומם של גופים כה מסיביים ששום דבר אינו יכול לברוח מפניהם הועלתה כבר במאה ה-19 על ידי הצרפתי סימון הונורה דה-לפלס. אם ניקח גוף כלשהו ונרצה להעיף אותו מכדור הארץ לחלל, באופן שלא יפול חזרה, אנו נצטרך לזרוק אותו במהירות של 11.2 ק"מ לשנייה. מהירות זו קרויה מהירות הבריחה והיא תלויה במסת הגוף וכן ברדיוסו.
אם נדחוס את כדור הארץ באופן שמסתו תישמר אך קוטרו יקטן, תגדל מהירות הבריחה מפניו. נניח כעת שאנו דוחסים את כדור הארץ לגוף כה קטן שמהירות הבריחה ממנו תהיה מהירות האור – 300 אלף ק"מ לשניה. בשלב זה כדור הארץ הופך לחור שחור.
כיוון שמהירות האור היא המהירות הגדולה ביותר בטבע, שום דבר (כולל האור עצמו שהוא חסר מסה) אינו יכול לברוח מהחור השחור.
להפוך לחור שחור
לחורים שחורים יש השלכות על סביבתם: הם מעקמים את המרחב בו הם מצויים בצורה קיצונית והזמן על פניהם עוצר מלכת. הם בעלי תיאבון גדול וכל גוף שעובר בקרבתם ימשך אליהם עד לסוף הבלתי נמנע – נפילה לתוך החור השחור במסלול חד סטרי, בלי יכולת חזרה.
למעשה, אין מנגנון היכול להפוך את כדור הארץ לחור שחור. גם לא את השמש שלנו שמסתה גדולה ממסת כדור הארץ פי מאות אלפים. כדי שכוכב יהפוך לחור שחור מסתו צריכה להיות גדולה בהרבה ממסת השמש שלנו וגם דרוש שחייו יסתיימו בהתפוצצות אדירה, בניגוד לקול הענות החלושה שבה תמות השמש שלנו, כשיגיע זמנה.
דווקא מהגדרת החור השחור נובע שאי אפשר לראות את הגופים האלה, משום שאין שום דרך שבה מידע כלשהו יכול לצאת מפניהם. הדרך היחידה לדעת שיש חור שחור במקום מסוים היא כאשר אנו צופים בהשפעתו על הסביבה: החומר העובר מכוכב שמצוי קרוב מאוד לחור שחור הוא בעל מאפיינים מיוחדים. הוא מואץ למהירויות גדולות ומתחמם תוך כדי פליטת אנרגיה יוצאת דופן.
נכון להיום, קיימות רק מערכות כוכבים מועטות שאנו חושדים ברמת סבירות גבוהה שהן מאכסנות חור שחור, שנולד ממותו של כוכב.
שחור ומפלצתי
קיימים סוגים נוספים של חורים שחורים, מפלצתיים הרבה יותר. אלה החורים השחורים המצויים במרכזי גלקסיות שמסתם עשויה להגיע למאות מיליוני מסות שמש ואף יותר! חורים שחורים אלה בולעים חומר המצוי סביבם והחומר הנספח אליהם נופל לתוכם, כאמור תוך שחרור אנרגיה ברמות גבוהות ביותר.
תהליך זה של יצירת אנרגיה כתוצאה מכבידה יעיל יותר מהתהליכים התרמו-גרעיניים האחראים ליצירת האנרגיה בכוכבים, דוגמת השמש. כמו כן, החומר הנספח לחורים השחורים מגדיל את מסתם.
גרעינים פעילים של גלקסיות, הפולטים אנרגיה רבה, קרויים גרעיני גלקסיות פעילים (AGN). בשנות החמישים של המאה הקודמת התגלו גופים שהתאפיינו בפליטת אנרגיה גבוהה וכן במרחקם העצום מאיתנו. אלה כונו קוואזרים (פירוש השם - עצמים דמויי כוכב, כיוון שהיה אפשר להבחין רק במרכזם הקטן, דמוי הכוכב).
כיוון שיש קשר בין מרחקו של גוף מאיתנו לפרק הזמן שבו האור הנפלט ממנו עשה את דרכו אלינו, אזי מרחקם העצום של הקוואזרים העיד על כך שאלו גופים שנוצרו בשלבים הראשונים של התפתחות היקום לאחר המפץ הגדול.
חקר הקוואזרים הביא להשערה שהם מכילים חורים שחורים במרכזם ומאוחר יותר התברר שאלו הם גלקסיות עם גרעינים פעילים. כמו כן הסתבר שחורים שחורים במרכזי גלקסיות הם תופעה נפוצה וכי הם קיימים גם כיום במרכזי גלקסיות, כולל שביל החלב.
מחקר חדש מקיף ביותר של קבוצת חוקרים מאוניברסיטת תל-אביב, שופך אור על התקופה שבה חל הגידול המשמעותי בחורים השחורים במרכזי גלקסיות. החוקרים מדווחים במאמר שהתקבל לפרסום בירחון המדעי The Astrophysical Journal, כי מצאו את התקופה בתולדות היקום - כ-1.2 מיליארדי שנים לאחר המפץ הגדול - שבה התרחש הגידול המשמעותי ביותר במסת החורים השחורים הגדולים ביקום.
עידן של גדילה
המחקר קושר בין תקופה זו לבין יצירת החורים השחורים הראשונים, ביקום הצעיר, כנראה כתוצאה מהתפוצצותם של הכוכבים הראשונים, וכן גם לזמנים מאוחרים יותר כאשר אותם החורים השחורים חדלו מלגדול.
החוקרים בני טרכטנברוט ומנחהו פרופסור חגי נצר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה, השתמשו בשיטה שפותחה באוניברסיטת תל אביב לפני מספר שנים המאפשרת למדוד מסה של חורים שחורים פעילים גם במרחקים העצומים בהם מדובר.
התצפיות הקודמות של הקבוצה הראו כי החורים השחורים הגדולים ביותר הגיעו לשיא גודלם כאשר גילו של היקום היה בין שנים לשלושה מיליארדי שנים. בנוסף לכך נמצא במחקרים קודמים שאותם חורים שחורים ענקיים נמצאים בסיום תקופת גידולם וכי התהליך כולו החל בתקופה מוקדמת בהרבה.
המחקר שתוצאותיו מתפרסמות עתה ארך מספר שנים והיה כרוך בתצפיות מורכבות של גופים חיוורים ורחוקים ביותר. הוא כלל שימוש בשני טלסקופי ענק קרקעיים: האחד, הטלסקופ הבינלאומי Gemini המצוי על פסגת ההר מאונה-קיאה בהוואי והשני הטלסקופ האירופאי VLT על פיסגת ההר פרנל בצי'לה.
במסגרת המחקר נערכו תצפיות בכ-40 חורים שחורים - כולם בתקופה בה היה גילו של היקום כ1.2 מיליארד שנים. המדידות מראות כי מסתם של אותם חורים שחורים קטנה לערך פי עשרה ממסת החורים השחורים הגדולים ביותר, שהתגלו בשלבים הקודמים של המחקר, אלא שקצב גידולם מהיר הרבה יותר.
מדידות המסה וקצב ספיחת החומר אל חור השחור מאפשרים לשחזר את ההיסטוריה שלו, החל מזמנים קדומים מאוד. כאשר נוצרו החורים היה גודלם פי 100 עד פי 1000 לערך ממסתה של השמש שלנו. סביר לכן להניח כי מרביתם נוצרו כתוצאה ממותם של הכוכבים הראשונים ביקום, שהתפוצצו והותירו אחריהם את אותם החורים השחורים.
כמו-כן, נמצא שלאחר הגידול המהיר במשך 1.2 מיליארד השנים הראשונות להתפתחותם, הואט קצב הגידול בצורה משמעותית; המשכו של התהליך, אם בצורה רציפה ואם במשך מספר תקופות קצרות, לא ארך יותר מכ- 100 עד 200 מיליון שנים נוספות (תקופה קצרה מאד במונחים אסטרונומיים) לפני שנפסק לחלוטין.
המחקר החדש מהווה את שיאו של פרויקט גדול באוניברסיטת תל אביב שארך כשבע שנים. שותפים לו גם פרופסור אוהד שמר, מהאוניברסיטה של צפון טקסס, שהחל את דרכו כחבר סגל במצפה הכוכבים גבעתיים והיה בעבר סטודנט מחקר באוניברסיטת תל אביב, ופרופסור פאולינה לירה מאוניברסיטת צ'ילי שבסנטיאגו.
מפת כוכבים מסתובבת להורדה ומידע נוסף על התצפית בירח ובכוכבי הלכת ואירועים אסטרונומיים נוספים אפשר למצוא בלוח השנה האסטרונומי.
ד"ר יגאל פת-אל, קוסמוס טלסקופים, יו"ר האגודה הישראלית לאסטרונומיה, מנהל מצפה הכוכבים בגבעתיים ומנהל פורום אסטרונומיה ב-ynet.
לפנייה לכתב/ת 
