כוח עצום, הרס ומדענים מכל העולם שמרותקים אליהם: החורים השחורים הם עדיין אחת התעלומות הגדולות ביותר ביקום. אתמול (יום ג') הם קיבלו במה נוספת כאשר הוכרז כי פרופ' רוג'ר פנרוז מבריטניה, פרופ' רינהרד גנצל מגרמניה ופרופ' אנדראה גץ מארצות הברית יקבלו את פרס נובל לפיזיקה על תגליות שערכו בנושא.
- חדש! לא רוצים לפספס אף כתבה?
גם בישראל יש כמה מדענים שחוקרים את החורים השחורים. חלקם שיתפו פעולה עם שלושת זוכי פרס הנובל במחקרים משותפים שערכו בעבר.
כתבות נוספות למנויים:
(צילום: נדב אבס)
אז מה זה חור שחור? פרופ' צבי פירן, אסטרופיזיקאי ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית בירושלים, מסביר: "חור שחור הוא אזור ביקום שאי אפשר לצאת ממנו. צופה מבחוץ לא יכול לראות מה נמצא בפנים. לחור שחור יש כוח גרביטציוני עצום והוא מושך אליו בעוצמה רבה גופים הנמצאים בקרבתו. הכוח כל כך חזק שגוף הנמצא בפנים לא יכול לצאת החוצה".
פרופ' פירן, שזכה בפרסים רבים על מחקריו - ביניהם פרס א.מ.ת לשנת 2019 בתחום הפיזיקה והחלל, מתייחס גם למספר העצום של החורים השחורים: "רק בגלקסיה שלנו יש כ-100 מיליון חורים שחורים וביקום כולו יש טריליוני גלקסיות".
החור השחור הקרוב ביותר למערכת השמש, שהחוקרים יודעים עליו בוודאות, הוא HR6819, הנמצא במרחק של כ-1,000 שנות אור מאיתנו. עם זאת, מדגיש פירן, "ברור לוודאי שיש חורים שחורים קרובים יותר שאנחנו לא גילינו עדיין".
ואיך נוצר חור שחור? "חור שחור 'קטן' דומה במשקלו למשקל של כ-10 שמשות. חורים שחורים כאלה נוצרים כאשר כוכבים כמו השמש שלנו, אבל כבדים יותר, מסיימים את תהליכי הבערה הגרעינית שלהם וקורסים תחת כוח הכבידה שלהם", אומר פירן. "ביקום קיימים גם חורים שחורים ענקיים, שמשקלם פי מיליון או אפילו פי מיליארד ממשקל השמש. חורים שחורים כאלה נמצאים במרכזי גלקסיות, ופרס הנובל ניתן לפרופ' גנצל ופרופ' גץ על גילוי חור שחור כזה במרכז הגלקסיה שלנו. אנו יודעים שחורים שחורים כאלה קיימים, אבל לא ברור בדיוק כיצד הם נוצרים".
על אותו חור שחור, הנמצא במרכז גלקסיית שביל החלב, מרחיב פרופ' עמרי ונדל, אסטרופיזיקאי, אסטרוביולוג וחוקר חורים שחורים ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית: "הוא בעל מסה של 4.3 מיליוני מסות שמש, וקוטר של 13 מיליוני ק"מ. הוא אינו מסכן את מערכת השמש, כיוון שאנו רחוקים מאוד ממנו. אך כוכבים הסמוכים אליו, במרחק של שנות אור בודדות, עלולים להילכד בכוח המשיכה שלו ולבסוף להיבלע.
"יש תיעוד של עשרות כוכבים המקיפים אותו, אך לא של כוכב שנבלע. יש תצפיות של כוכבים שנבלעו או ליתר דיוק נקרעו לגזרים על ידי חורים שחורים ענקיים בגלקסיות אחרות".
פרופ' חגי פרץ מהפקולטה לפיזיקה בטכניון, מסביר על תהליך הבליעה: "לפי ההערכות, חור שחור כמו זה שבמרכז הגלקסיה שלנו, הורס כוכב בערך פעם בעשרת אלפים שנה. לכן אין זה מפתיע שבכמה עשרות שנים שצפינו בו לא היינו עדים לאירוע כזה, אם כי ראינו כיצד הוא הורס ענן גז שהתקרב אליו יתר על המידה. עם זאת, מאז היווצרות הגלקסיה החור השחור במרכז הגלקסיה ככל הנראה בלע מאות אלפי כוכבים ואף יותר. למרות שזה נשמע הרבה, זהו מספר זניח ביחס לכמות הכוכבים בגלקסיה המונה כמאה מיליארד כוכבים". לדבריו, המראה של כוכב הנהרס על ידי חור שחור דומה לפיצוצים - "את אורם ניתן לראות במשך שבועות וחודשים".
התגלית זוכת הנובל התאפשרה בזכות מעקב ממושך. "גילו את החור באמצעות מדידה בטלסקופים ענקיים של מסלולי תנועת כוכבים סביבו", מסביר פרופ׳ אבישי דקל ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית. "עקבו אחרי תנועת הכוכבים במשך כ-20 שנה. המהירויות הגבוהות מעידות על כוח משיכה חזק ממסה דחוסה. רק חור שחור יכול להסביר זאת".
ומה קורה למי שנבלע לתוך חור שחור?
"זאת אחת התעלומות הגדולות ואין למדע תשובה ברורה על כך", משיב פירן, "מה שברור - שהוא אינו יכול לצאת החוצה".
פירן סבור כי אם יתגלה מה קורה למי שנכנס לחור שחור, הדבר יהווה פריצת דרך בתחום מחקר החלל: "כיוון שלא ברור מה נמצא במרכז חור שחור, ייתכן שפתרון החידה הזאת יהיה המפתח לשאלות רבות בפיזיקה ובקשר בין תורת היחסות לתורת הקוונטים".
החורים השחורים כולם הם תגלית חדשה יחסית. "עד לפני כ-50 שנה הם לא היו מוכרים", אומר ונדל. "למרות שתורת היחסות הכללית חזתה את קיומם, איינשטיין עצמו לא האמין שהם קיימים עד יום מותו. גם כעת העדויות לקיומם הן עקיפות בלבד - באמצעות כוח הכובד שהם מפעילים על כוכבים וגז בסביבתם. הפעם הראשונה - והיחידה עד כה - שחור שחור נצפה באופן ישיר הוא צילום החור השחור הענק הנמצא במרכז גלקסיית M87. תכונותיהם מפתיעות, כיוון שכוח המשיכה שלהם גדול לאין שעור ממה שאנו מכירים בחיי היומיום או במערכת השמש".
לחלק מזוכי פרס נובל הטריים יש כאמור קשר למחקר בישראל. פנרוז קיבל פה בשנת 1988 את פרס וולף. גנצל ביקר כמה פעמים בישראל וקיבל בשנת 2014 את פרס הארווי בטכניון. הוא משתף פעולה עם עמיתים באוניברסיטה העברית, אוניברסיטת תל אביב ומכון ויצמן למדע, וניהל יחד עם פרופ' דקל בית ספר חורף בינלאומי בפיזיקה במכון ללימודים מתקדמים של האוניברסיטה העברית.
"שיתוף הפעולה הוא במחקר הגלקסיות ביקום המוקדם, לפני כ-10 מיליארד שנים, וכ-3 מיליארד שנים אחרי המפץ הגדול", מספר דקל על העבודה עם גנצל בעשור האחרון. "אלה גלקסיות דיסקה מסתובבות, שבהן גושים ענקיים שבהם נוצרים כוכבים. באמצעות סימולציות מתקדמות על מחשבי-על, מסבירים את ההיווצרות וההתפתחות של הגלקסיות שבהן צופה גנצל בטלסקופ הגדול בעולם. יחד מנסים להבין את היווצרות החורים השחורים הענקיים במרכזי הגלקסיות.
"בשנים האחרונות, גנצל בנה מכשיר חדש שהוצמד לטלסקופ (Gravity שמו) שבאמצעותו גילו בכוכבים גז ואפקטים שמעידים על גרביטציה חזקה במיוחד על פי ניבויי תורת היחסות של איינשטיין. זהו אישוש נוסף ומרשים ביותר לנוכחות החור השחור שם".
ונדל עבד עם גץ בעבר: "במסגרת שת"פ רב שנים במחלקה לאסטרונומיה ב UCLA עסקתי בחורים שחורים מסיביים במרכזי גלקסיות, בפרט חקרתי את היחס בין המסה של החור השחור למסת הגלקסיה. מאמר שלי מ-1999 היה הראשון שהציג את היחס הזה לגלקסיות פעילות. החור השחור במרכז הגלקסיה שלנו הוא מקרה מיוחד כיון שמסתו ניתנת למדידה מדויקת יותר בשל קרבתו, וגם כיוון שהוא אינו פעיל, זאת אומרת, אינו פולט כמויות אדירות של אנרגיה. פרופ' אנדראה גץ התעניינה בעבודה זו כדי להשוות את החור השחור במרכז הגלקסיה שלנו לחורים שחורים במרכזי גלקסיות אחרות".
למרות ההתקדמות הרבה בחקר החורים השחורים, עדיין רב הנסתר על הגלוי. "אחת התעלומות הבלתי פתורות היא אופן היווצרותם של חורים שחורים ענקיים והשפעתם על הגלקסיה שבה הם נמצאים", אומר ונדל. פרץ מוסיף כי המדענים מנסים גם להבין כיצד החורים מתמזגים עם עצמים אחרים ויוצרים גלי כבידה. "מחקר חורים שחורים עוסק כיום במגוון עצום של שאלות שקשה להקיף את כולן", הוא אומר.
שאלה נוספת שבה מתמקדים, מוסיף פירן, היא מה קורה לכוכב המתקרב לחור שחור: "התשובה החלקית היא שהוא נקרע לגזרים".
