לראשונה צולם השדה המגנטי של חור שחור

המדענים צפו בחור השחור שבמרכז גלקסית M87 שצולם לפני כשלוש שנים באמצעים אופטיים, וכעת צולמם השדה המגנטי העצום שסביבו שחושף מה קורה כשחומר מתקרב למהירות האור וחלקו נבלע בחור השחור. הכותב הוא אחד המדענים שהשתתפו בפרויקט

מאת: זירי יונסי, עמית UKRI סטיבן הוקינג, UCL. תרגום: אבי בליזובסקי

הייתה התרגשות רבה כששיתוף הפעולה  הבינלאומי של טלסקופ אופק האירועים הראה לעולם את התמונה הראשונה אי פעם של חור שחור בחודש אפריל 2019. משקלו גדול פי 6.5 מיליון ממסת השמש שלנו,  והוא נמצא בגלקסית  M87, במרחק של כ- 55 מיליון שנות אור מכדור הארץ.

זו הייתה הראיה הישירה הראשונה לכך שקיימים חורים שחורים. היא גם סיפקה מבחן יוצא דופן של תורת הכבידה של איינשטיין ותפישותיה הבסיסיות בכל הקשור למרחב ולזמן – בדיקת כוח המשיכה בגבולותיה הקיצוניים ביותר. אבל אנחנו עדיין לא יודעים הרבה על המפלצות האלה.

כעת, כמעט שנתיים מההישג ההיסטורי הזה, חשפנו תמונה חדשה של M87 בטכניקה אחרת. המחקר שלנו, שפורסם בשני מאמרים חדשים ב- The Astrophysical Journal Letters , מספק תובנות חשובות לגבי האופי המסתורי של חורים שחורים.

לראות את הבלתי נראה

בשל ריחוקו מאיתנו, צילום של חוט שחור זה הוא מאתגר מאוד. הוא דורש רזולוציה חדה מספיק כדי להתמקד בתפוז על פני הירח, או להיות מסוגל לראות אטומים בודדים באצבע . הטלסקופ הצליח בכך בזכות שיתוף פעולה חסר תקדים בין מדענים ברחבי העולם, שקשר בין שמונה טלסקופי רדיו קרקעיים והפך את כדור הארץ לטלסקופ רדיו וירטואלי ענק אחד.

חורים שחורים הם אולי העצמים המסתוריים ביותר בטבע, המניעים כמה מהתופעות האנרגטיות ביותר והבלתי ניתנות לצפייה ביקום שלנו. בגלל אופק האירועים שלהם, הגבול שמעבר לו שום דבר, אפילו אור, לא יכול להימלט, אנחנו לא יכולים לראות חור שחור ישירות. אבל חומר שנופל לעבר חור שחור נמשך על ידי משיכת הכבידה העצומה שלו והופך לחם ומאיר במיוחד.

כשהוא מתקרב לאופק האירועים, גז זה מתחמם מאוד בגלל החיכוך, נע קרוב למהירות האור, ופולט כמויות גדולות של קרינה. זו קרינה בצורת גלי רדיו המופקים על ידי גז זה רגעים לפני שהוא חוצה את אופק האירועים שהטלסקופ נועד לזהות.

מבט חדש

הצילום של החור השחור של M87 סיפק תמיכה מוחצת לרעיון שחורים שחורים סופר-מסיביים אורבים בליבן של רוב הגלקסיות (אם לא כולן). הם הדבק המחזיק את הגלקסיות יחד ושולטים על הדינמיקה והאבולוציה שלהן. אך לא ברור כיצד הם פועלים.

הצילום החדש משתמש באור מקוטב – גלי אור הנוטים לכיוון אחד בלבד – המיוצרים על ידי חומר בקצה החור השחור. אור לא מקוטב מורכב מגלי אור המתנודדים לכיוונים רבים ושונים. אור יכול להיות מקוטב אם הוא נע דרך אזורי חלל חמים וממוגנטים מאוד. השדות המגנטיים החזקים הנמצאים סביב החור השחור הם אזורים כאלה, ובאמצעות לימוד התכונות של אור מקוטב זה אנו יכולים ללמוד הרבה יותר על החומר שייצר אותו.

התמונה המקוטבת החדשה מספקת עדויות חדשות ומשכנעות לאופן שבו שדות מגנטיים חזקים סביב חורים שחורים יכולים לשגר סילונים מרוכזים של גז טעון הנמתחים לאורך אלפי שנות אור. כעת אנו חושבים שסילונים כה אנרגטיים ובהירים, המשגרים כמויות עצומות של חומר לתווך הבין-גלקטי, מחוברים לחורים שחורים דרך שדות מגנטיים חזקים אלה.

אסטרונומים בנו מודלים שונים כדי להסביר כיצד החומר מתנהג ליד החור השחור כדי להבין טוב יותר את תהליך היווצרות הסילון , אך הם עדיין אינם יודעים כיצד ניתן לשגר סילונים גדולים יותר מהגלקסיה עצמה מאזור המרכז שלה, וכן אין יודעים כיצד בדיוק נכנס החומר לתוך החור השחור. כעת אנו מגלים שרק מודלים תיאורטיים המציגים חומר ממוגנט חזק יכולים להסביר את מה שנראה באופק האירועים.

התצפיות שלנו מספקות מידע חדש ומפורט על מבנה השדות המגנטיים ממש מחוץ לחור השחור. לא רק שהן מקרבות אותנו להבנת האופן שבו מייצרים החורים השחורים את הסילונים המסתוריים והעוצמתיים הללו, אלא גם מסביר כיצד חומר חם במיוחד יכול להסתתר מחוץ לחור שחור, ולהחזיק מעמד למרות כוח המשיכה שלו. המחקר שלנו מציע כי השדות המגנטיים חזקים מספיק כדי לדחוף את הגז החם לאחור ולעזור לו להתגבר על כוח הכבידה של החור השחור.. רק הגז שחומק דרך השדה יכול להתחיל לזרום פנימה אל אופק האירועים.

עד כמה שהתמונות הקוטביות החדשות האלה של החור השחור של M87 מרגשות, זו עדיין רק ההתחלה לשיתוף הפעולה של טלסקופ  אופק האירועים ומדע ההדמיה של חורים שחורים. אנחנו כבר עובדים על תכנון תצפית וצילום של החור השחור שנמצא במרכז הגלקסיה שלנו, אותה אנו מקווים לפרסם בהמשך השנה. החור השחור הסופר מאסיבי של הגלקסיה שלנו הנמצא בסגיטריוס A*.

בהשוואה ל- M87, צילום החור השחור בגלקסיה שלנו מאתגר הרבה יותר להשגה. אנו מסתכלים על החור השחור דרך התווך הבין-כוכבי המטושטש והסוער שלנו – יש כמות גדולה של אבק וגז בדרך – מה שמקשה משמעותית על צילום תמונה ברורה. בשנים הבאות יתווספו טלסקופים חדשים למערך הטלסקופ “אופק האירועים”, הן על כדור הארץ והן בחלל ויבטיחו תמונות חדות יותר ויותר של חורים שחורים ויספקו הבנה אינטימית הרבה יותר של ישויות אניגמטיות אלה.

יהיו עוד הרבה הפתעות במחסנית. זהו עידן חדש ומלהיב בחקר האנושות אחר כוח הכבידה החזק ואופי המרחב והזמן, וללא ספק הטוב ביותר שעוד יבוא.

למאמר ב-The Conversation

עוד בנושא באתר הידען:

• חורים שחורים שוברי שיאים התגלו בגלקסיות ענקיות
• דברים שיורמים יודעים: לאן מורה מחט המצפן?
• קולות של חורים שחורים

• תצלום ראשון מסוגו של חור שחור במרכז גלקסיה הושג בזכות שיתוף פעולה בינלאומי

• מדוע צילום החור השחור הוא אירוע כה מיוחד?