"בעבר לא ידעו בוודאות שעצם מסוים הוא חור שחור, היו רק הערכות. במקרה הזה יש בפעם הראשונה סקאלת אורך שמבהירה שאין אפשרות אחרת – זהו חור שחור ולא משהו אחר. מה שהיה סימן שאלה הוא כעת סימן קריאה" (פרופ' דורון שלוש, ראש המרכז לפיזיקה ואסטרופיזיקה באוניברסיטת חיפה).
התיאוריה כי קיימים ביקום חורים שחורים, גופים שמהם שום דבר (אפילו האור) לא יכול לברוח, הסעירה את המדע עוד במאה ה-18, כשהגיאולוג הבריטי ג'ון מישל העלה את הרעיון במכתב שפורסם ב-1784. 235 שנים לאחר מכן, בשבוע שעבר, תמונה צבעונית של גוף שמיימי זוהר התנוססה בהבלטה בשלל אמצעי תקשורת ברחבי העולם. לראשונה הצליחה האנושות לתעד חור שחור.
ההכרזה על התמונה של החור השחור
עבור רובנו המכריע, מי שאינם מתעסקים בחקר החלל, חור שחור הוא מונח המוכר בעיקר מעולם המדע הבדיוני – כזה שנקשר עם מסע בזמן או נדידה בין ממדים. אכן, רב הנסתר על הגלוי בכל הקשור לחורים שחורים ולמשמעותם – אך בטרם נגלוש לתיאוריות קונספירטיביות-דמיוניות של מסעות ליקומים מקבילים, יש להבין קודם כל מהו בדיוק אותו חור שחור.
חור שחור הוא גוף שכוח הכבידה שלו כה עצום שדבר אינו יכול להימלט ממנו - אף קרן אור או כל חומר שהוא אינם יכולים לצאת ממנו החוצה. על פי הערכות, חור שחור נוצר על ידי קריסה של כוכב מסיבי. ברוב המקרים קריסה כזו של כוכב גורמת להתפוצצות אדירה שאותה אנחנו מכנים סופר-נובה, אולם לעיתים מסת הכוכב וכוח הכבידה שלו כה עצומים שגם קריסת הליבה שלהם אינה מסוגלת להעיף את הכוכב, ובמקום הפיצוץ המכונה סופר-נובה נוצר חור שחור.
"מבחינה תיאורטית יש הרבה פנים לגבי איך נוצר חור שחור", מרחיב פרופ' גלעד ליפשיץ מהמרכז לפיזיקה תיאורטית ואסטרופיזיקה באוניברסיטת חיפה. "בתצפית הנוכחית לא ראו אפקטים מיוחדים שניתן לבדוק. מדובר בהישג טכנולוגי כביר, אבל האם אפשר ללמוד ממנו? לא בטוח".
למעשה, בגלל עצם הגדרתו כגוף שאינו פולט או מחזיר קרינה, צילום של חור שחור הוא משימה שעל פניו היא בלתי אפשרית - שכן צילום של אובייקט מצריך קליטה של הקרינה האלקטרומגנטית המגיעה ממנו. אז איך בכל זאת תועד החור השחור שבו כולנו צפינו לאחרונה? מכיוון שחור שחור לא ניתן לראות או לצלם, פרויקט EHT (ראשי תיבות של Event Horizon Telescope) העומד מאחורי הגילוי הנוכחי הציב שמונה טלסקופים ברחבי העולם, עיבד וחיבר את הנתונים שהגיעו מכל הטלסקופים כדי ליצור תמונה אחת.
פרופ' שלוש מסביר: "המטרה בסופו של דבר היא לראות מבנה, ולשם כך צריך טלסקופ שיהיה מספיק גדול כדי לראות עצמים קטנים. הגודל הרצוי של הטלסקופ שווה לגודלו של כל כדור הארץ – ומכיוון שאין טלסקופ בגודל הזה, התצפית על החור השחור נעשתה מכמה מוקדים בעולם. תצפית משותפת מסוג זה מאפשרת לראות הרבה יותר דברים מטלסקופ בודד שממוקם בנקודה אחת. יש כאן מחיר מסוים שמשלמים, כי טלסקופים פזורים מנקודות קטנטנות יוצרים בסופו של דבר מעין מדגם, קצת דומה למדגם הבחירות מבחינת החסרונות. בשיטה הזו יש צורך בעיבוד משמעותי של הנתונים במטרה להשלים את הפערים, וזה לוקח הרבה זמן. הצוותים עבדו על הנתונים מבלי לדעת מה הצוותים האחרים עושים, ומכאן נוצרו גם פערים בתוצאות, אבל גם הישג של תמונה משותפת".
ומה לגבי הסכנה לטעויות נוכח החיבור של מספר תוצאות? "בוודאי שישנו סיכון לטעות מסוימת", אומר פרופ' שלוש, "יש כאן שילוב בין פיזיקה ועיבוד נתונים, ולבסוף הצליחו לקבל הערכה למה שבאמת קורה שם. ממצא דומה שהיה בין כל התצפיות הוא שאין אור שמגיע ממרכז החור השחור. בשורה התחתונה זו הצלחה פנומנלית, אבל אף פעם אין אפשרות להגיע למשהו חד-משמעי. זה המדע – בכל פעם מגלים משהו חדש ומקבלים תמונה נכונה יותר".
החור השחור המדובר נמצא בגלקסיית M87, במרחק של 55 מיליון שנות אור משביל החלב. על פניו לא צריך ללכת כל כך רחוק כדי למצוא חור שחור: גם במרכז שביל החלב, הגלקסיה שלנו, ישנו חור שחור. החור השחור בשביל החלב נמצא אומנם במעקב של פרויקט EHT, אבל על אף שהוא קרוב בהרבה – קל יותר לייצר תמונה דווקא מהחור הרחוק בגלקסיית M87, מפני שהוא גדול יותר. כמה גדול? על פי הערכה, היקפו עומד על 100 מיליארד קילומטר, יותר מכל מערכת השמש, והמאסה שלו גדולה פי 6.5 מיליארד מזו של השמש.
הטבעת המוזהבת שבתמונה היא מה שמכונה Event Horizon, הרגע שבו אובייקט מגיע לנקודת האל-חזור של החור השחור, שבה הוא אינו יכול להימלט מכוח המשיכה העצום שלו. במרכז התמונה זהו החור השחור, שכל מה שיישאב אליו ייבלע לצמיתות.
"התמונה הזו נותנת חיזוק משמעותי לתיאוריות לגבי תכונות החור השחור ותכונות החומר שנבלע לתוכו", אומר פרופ' שלוש. "דרך הממצאים האלו ניתן להבין שחורים שחורים גדלים על ידי התמזגות בין כמה חורים קטנים או על ידי בליעה של חומרים הגורמים לגדילתם. עצם זה שממש אפשר לצפות בחומר שנבלע בתוך החור השחור זה פנטסטי. אנחנו בדרך הנכונה כדי להבין כיצד חורים שחורים גדלו בעולם העתיק ומה יקרה איתם בעתיד, אחרי זמן רב. חור שחור זה כבר משהו ממשי ולא מדע בדיוני, זה קיים".
מי שנחשב לדמות מפתח בחקר החורים השחורים המודרני הוא הפיזיקאי הגרמני קרל שוורצשילד. ב-1915 פרסם אלברט איינשטיין את תורת הכבידה המכונה תורת היחסות הכללית. שנה לאחר מכן פתר שוורצשילד את משוואות השדה שהציג איינשטיין, ובכך החיה גם את הרעיון שישנם גופים בעלי כוח כבידה גדול, שמהירות הבריחה מהם עולה על מהירות האור, ולכן אף חומר אינו יכול להימלט מהם – משמע חור שחור.
לאורך ההיסטוריה, העניין סביב הנושא עלה מספר פעמים. ב-1974 גילו האסטרונומים ברוס באליק ורוברט בראון את סגיטאריוס A, החור השחור שנמצא בגלקסיית שביל החלב שלנו. הגילוי הנוכחי, התיעוד ה"מצולם" של החור השחור מגלקסיית M87, הוא אבן דרך משמעותית ביותר בחקר הנושא ובחקר החלל בכלל. עוד לפני חמש שנים, אייברי ברודריק, אסטרופיזיקאי שעבד יחד עם פרויקט EHT, טען כי צילום כזה יהיה לא פחות חשוב מהתמונה של כדור הארץ שצילמה החללית וויאג'ר ב-1990 מקצה מערכת השמש.
מאחורי הגילוי הנוכחי עמדו כמובן דמויות רבות, אבל מי שהפכה לכוכבת השעה מאז פרסום התמונה היא ד"ר קייטי באומן, מדענית אמריקאית בת 29, בעיקר בזכות תמונה שהפכה לוויראלית שבה היא נראית מתרגשת למראה החור השחור. באומן היא המתכננת הראשית מאחורי האלגוריתם הסבוך שאפשר את איסוף המידע מהטלסקופים השונים, עד ליצירת תמונה אחת ברורה של החור השחור. ההישג הטכנולוגי המדהים שעמדה מאחוריו כבר זיכה אותה בהשוואות למרגרט המילטון, מי שיצרה את הקוד של תוכנית החלל המפורסמת "אפולו", שבשיאה צעד לראשונה אדם על הירח.
"זו ההתחלה בדרך לצוהר שדרכו נוכל ללמוד מהחורים השחורים על חוקי הפיזיקה של העולם שלנו", התייחסה באומן למשמעויות האפשרויות של הגילוי הנוכחי שהייתה שותפה לו. ואיך באמת רואה המדע את המשך המחקר אחרי הגילוי המסעיר האחרון? "נפתחה בפנינו דלת חדשה בכל הקשור למחקר על איך חורים שחורים גדלים, ולהתפתחות המבנית של חלקים מוארים וחשוכים כאחד", אומר פרופ' שלוש. "ניתן לנו כאן כלי חדש. הצילום זו ההתחלה. זה מאפשר לנו לראות משהו שעד כה לא יכולנו לראות, נפתח פה צוהר לדברים שלא ניתן היה לחקור באסטרופיזיקה, והיא ללא ספק תשתנה משמעותית מעכשיו. ההפתעות עוד צפויות להגיע".
