פיזיקאים חווים כיום תור זהב של ידע חדש על חורים שחורים. מאז 2015, חוקרים הצליחו לקבל אותות ישירות מחורים שחורים באמצעות מצפה גלי כבידה עם אינטרפרומטר לייזר (ליגו), בעוד מצפה כוכבים כגון טלסקופ אופק האירועים (EHT), קבל את התמונות הראשונות צללים של חור שחור. השנה הזו לא הייתה יוצאת דופן, עם יבול טרי של תוצאות מרגשות וייחודיות המרחיבות את אופקי הידע שלנו על חורים שחורים. כאן נסתכל על כמה מהתגליות המרשימות ביותר של 2020.
כאילו כדי לאשר ש-2020 הייתה השנה של חקר החורים השחורים, ההישג העיקרי של המדע הוא פרס נובל - הוענק באוקטובר לשלושה פיזיקאים שעבודותיהם שופכות אור על חיי חפצי החלל המסתוריים הללו.
רוג'ר פנרוז מאוניברסיטת אוקספורד בבריטניה קיבל חצי מהפרס "על הגילוי שיצירת חורים שחורים היא תחזית חזקה של תורת היחסות הכללית", בעוד אנדריאה גז מאוניברסיטת קליפורניה, לוס אנג'לס וריינהרד הנזל מאוניברסיטת בון והמכון לפיזיקה חוצנית מקס פלאנק בגרמניה חלקו את החצי השני "לגילוי עצם קומפקטי סופר-מסיבי במרכז הגלקסיה שלנו", נכתב בהצהרה של האקדמיה המלכותית השוודית למדעים. אנדריאה גז היא האישה הרביעית בלבד שזוכה בפרס נובל לפיזיקה, אחרי מארי קירי ב-1903, מריה הפרט-מאייר ב-1963 ודונה סטריקלנד ב-2018.
ליגו ומקבילתה האירופית מזל בתולה התבוננו בחורים שחורים דרך גלי כבידה במארג המרחב-זמן, שנוצרים כאשר עצמים מסיביים מתנודדים.
כמה תגליות מרשימות כבר התגלו במתקנים. אבל בחודש מאי הודיע שיתוף הפעולה כי גילה את ההתנגשות הגדולה ביותר עם חור שחור בהיסטוריה. אחד מהם גדול פי 85 ממסת השמש, והשני גדול ממסת השמש פי 66. כאשר הם מתנגשים יחד, הם יוצרים חור שחור, שמסתו עולה על מסת השמש ב- 142 פעמים. בנוסף לקביעת שיאים, הממצא היה הראשון באזור המכונה "האסור" של חורים שחורים בנפח בינוני. למרות שאסטרונומים ראו חורים שחורים קטנים בערך בגודל של השמש שלנו ויודעים שחורים ענקיים, פי מיליוני מסה של השמש, קיימים במרכזי הגלקסיות, איש לא מצא בעבר עדות לחורים שחורים בטווח הבינוני הזה. איך בדיוק הם נוצרו נותרה תעלומה שמדענים מנסים לפתור כעת.
זמן קצר לאחר המפץ הגדול היקום היה חדור בקרינה חמה וסוערת. באזורים מסוימים, האנרגיה הייתה צפופה מספיק כדי תיאורטית להתמוטט לתוך עצמה וליצור חור שחור.
למרות שהפיזיקאים עדיין לא יודעים אם אלה קיימים חורים שחורים ראשוניים (PCD), לאחרונה הם חושבים על מה עלול לקרות אם הם היו קיימים. מספר מאמרים, כולל אחד שפורסם בנובמבר, העלו כי החורים השחורים הללו, שחלקם יהיו קטנים יותר מאלה שנוצרו מכוכבים גוססים, עשויים להוות חומר אפל, חומר לא ידוע שמפעיל השפעה כבידה על היקום כולו. בשנים הקרובות נערכים ניסויים לחיפוש PCD, שיאשר או יכחיש את קיומם.
מה אם היית לוקח את החורים השחורים המאסיביים להפליא במרכזי הגלקסיות ומגדיל אותם בפקטור של 11? זה מה שהחוקרים הציעו במאמר בספטמבר שדן באפשרות של "חורים שחורים גדולים להפליא" (לוחות).
עצמים אלה ישקלו לפחות פי 1 טריליון ממסת השמש, פי 10 יותר מהחור השחור הגדול ביותר הידוע כיום, מפלצת המסה הסולארית של 66 מיליארד המכונה טון 618. ייתכן שחלק מה-SLABs נוצרו ביקום המוקדם, ויצרו סוג נוסף של חורים שחורים ראשוניים, כלומר יכולנו לראות את טביעתם ברקע המיקרוגל הקוסמי כשהיקום שלנו היה בן 380 שנים בלבד. ניתן היה לזהות אחרים על ידי התבוננות כיצד הם מכופפים את האור של כוכבים רחוקים אם במקרה יש SLAB בינינו. מושג זה עדיין נותר היפותטי, אך הוא מושך תשומת לב מוגברת.
לרוב זוגות החורים השחורים שזוהו על ידי מכשירי ה-LIGO והבתולה יש בערך אותה מסה. אבל באפריל, שיתוף הפעולה הודיע שהוא צופה הקטסטרופה האסימטרית ביותר.
העצמים שהתנגשו במרחק של כ-2,4 מיליארד שנות אור מאיתנו היו בעלי מסה של בערך פי 8 ו-30 מזו של השמש שלנו, בהתאמה. אירוע בלתי צפוי שכזה נחשב נדיר מספיק כדי שמתקנים של גלי כבידה לא יבחינו בו לאחר שנים ספורות בלבד. התגלית מאתגרת את ההנחות הללו ומניעה את החוקרים לשקול אפשרות של מיזוגים היררכיים, שבהם חור שחור אחד מתנגש באחר, ואז השריד שנוצר מתמזג עם חור שחור אחר.
כאשר עצם מאסיבי מתקרב לחור שחור במרחק מסוים, כוחות הכבידה הקיצוניים הקיימים בו יכולים לקרוע את העצם לגדילים ארוכים של חומר שמתפזרים לכל עבר.
תהליך זה, המכונה בפי העם ספגטיפיקציה, נצפתה לעתים רחוקות מכיוון שרוב החורים השחורים מוקפים בענן סתום של גז ואבק. אבל באוקטובר הצליחו אסטרונומים ממצפה הכוכבים האירופי הדרומי לצלם תמונה ספגטיפיקציה של הכוכב בפירוט חסר תקדים באמצעות הטלסקופ Very Large Telescope וגם טלסקופ הטכנולוגיה החדשה. אירוע זה, המכונה AT 2019qiz, יעניק לחוקרים תובנה לגבי תופעות כאלה ויעזור להם להבין טוב יותר את כוח המשיכה בתנאים קיצוניים.
אף אחד לא רוצה להתקרב יותר מדי לחור שחור. למרבה המזל, הפק-מן הקוסמי זיהה בחודש מאי מקיף זוג כוכבים נלווים הידועים בשם משאבי אנוש 6819, נמצאת במרחק בטוח מבחינה אסטרונומית משותפיה.
החור השחור החדש אורב במרחק של 1000 שנות אור מכדור הארץ בקבוצת הכוכבים הדרומית טלסקופיום, קרוב פי שלושה ממחזיק השיא הקודם. אסטרונומים אינם יכולים לצפות ישירות בחור השחור עצמו, אך הצליחו להסיק את נוכחותו על סמך האופן שבו הוא משפיע מבחינה כבידה על שני עצמים אחרים במערכת. משקיפים בחצי הכדור הדרומי יכולים לראות את הכוכבים במערכת HR 6819 בעין בלתי מזוינת על ידי התבוננות במפת כוכבים והתבוננות בקבוצת הכוכבים טלסקופיום, ליד הגבול עם קבוצת הכוכבים פאבו.
כדי שייווצר חור שחור, החומר והאנרגיה חייבים להתמוטט לנקודה זעירה של צפיפות אינסופית. מכיוון שאינסוף כזה צריך להיות בלתי אפשרי פיזית, תיאורטיקנים חיפשו מזמן דרך לעקוף תוצאה מוזרה שכזו.
על פי תורת המיתרים, המחליפה את כל החלקיקים והכוחות במיתרים תת-אטומיים ורוטטים, חורים שחורים עשויים להתברר כמשהו מוזר עוד יותר - סבך של מיתרים בסיסיים, כמו חוט מעורפל. באוקטובר, מחקר הראה שאם האטומים בכוכבי נויטרונים, סוג של שארית כוכבית שאינה צפופה דיה כדי ליצור חור שחור, היו למעשה צרור של מיתרים, אז דחיסה של המיתרים הללו לא תיצור למעשה חור שחור, אלא כדור פלאפי - שיהיה דומה לכדור החוט שהוזכר לעיל. הרעיון המוזר עדיין לא יושם במלואו, אבל הוא אחת החלופות האפשריות לעבודה עם אינסוף.
לפי פיסיקאים, כל חור שחור צריך להיות מוקף במה שנקרא אופק אירועים - גבול שדרכו, לאחר שנפלת, לעולם לא תצא. עם זאת, מאז שנקבעו לראשונה חורים שחורים, חוקרים שאלו האם אופק אירועים הוא הכרחי בהחלט.
האם יכול להיות חור שחור בלעדיו, מה שנקרא חור שחור "עירום".? זה יכול להיות מסוכן מכיוון שחוקי הפיזיקה הידועים מופרים בתוך אופק האירועים של חור שחור, וחור שחור עירום לא יכול לספק את ההגנה על המחסום הזה. בעוד שרוב התיאורטיקנים מאמינים שעירום הוא אי-בחירה לחורים שחורים, עיתון בנובמבר אמר שיש דרך לבדוק בוודאות. החוכמה היא לחפש הבדלים בדסקיות ההצטברות או בטבעות של גז ואבק שנוצרות על ידי הזנת החור השחור, מה שיכול להצביע על הבדל גלוי בין חורים שחורים עירומים לנורמליים.
חג המולד הגיע מוקדם השנה עבור מדעני חורים שחורים. באוקטובר, קהילת התצפיתנים של LIGO ומקבילתה האירופי בתולה פרסמו קטלוג חדש גדול של עשרות אותות של גלי כבידה, שהתגלה בתקופה שבין אפריל לספטמבר 2019.
39 האירועים כללו שורה של תגליות מסקרנות, כמו מיזוג חור שחור מאסיבי שהביא לשריד עם מסה של 142 שמשות, אירוע חד צדדי ביותר עם מסות עצמים גדולות מהשמש וחפץ מסתורי שהופיע להיות חור שחור קטן או כוכב נויטרונים גדול. החוקרים התלהבו מהנתונים, שהראו שהעצמים מקבלים בממוצע אות חדש אחד כל חמישה ימים, ומתכננים להשתמש בו כדי להבין טוב יותר את ההתנהגות והתדירות של מיזוג חורים שחורים.
קרא גם:
השאירו תגובה