לראשונה צולם חור שחור יחד עם הסביבה הסוערת בקרבתו

במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature, מדענים ניתחו נתונים חדשים מטלסקופ אופק האירועים (EHT) כדי להפיק את התמונה המפורטת ביותר עד כה של החור השחור הסופר-מסיבי במרכז הגלקסיה M87

במאמר שפורסם לאחרונה בכתב העת Nature, מדענים ניתחו נתונים חדשים מטלסקופ אופק האירועים (EHT) כדי להפיק את התמונה המפורטת ביותר עד כה של החור השחור הסופר-מסיבי במרכז הגלקסיה M87. התמונה חשפה סביבה סוערת סביב החור השחור, עם סילוני פלזמה בהירים הבוקעים ממרכז החור השחור ותנועות מערבולות של גז ואבק מסתחררים סביבו.

התמונה החדשה של החור השחור במרכז M87 מפורטת יותר מתמונות קודמות, וחושפת תכונות ומבנים חדשים בסביבה סביב החור השחור. סילוני הפלזמה הבהירים שבוקעים ממרכז החור השחור מיוצרים ככל הנראה בתהליך שנקרא איחוי מגנטי, שבו שדות מגנטיים סביב החור השחור מעוותים ונדחסים ומשחררים פרץ של אנרגיה.

גם התנועות הסוערות של גז ואבק סביב החור השחור מעניינות מאוד  את המדענים, שכן הן יכולות לספק רמזים להיווצרות גלקסיות ולאבולוציה שלהן. הסברה היא שהגז והאבק המסתחררים סביב החור השחור הם בצורת דיסקה, המכונה דיסקת הצטברות, המזינה חומר לתוך החור השחור. התנועות הסוערות של הדיסקה יכולות לגרום לחומר להתחמם ולפלוט קרינה, שאותה ניתן לזהות בטלסקופים.

התמונה החדשה מספקת גם תובנות לגבי התכונות של חורים שחורים עצמם. חורים שחורים הם עצמים עם שדות כבידה כה חזקים ששום דבר, אפילו לא אור, לא יכול לברוח מהם. הגבול סביב חור שחור ששום דבר לא יכול לברוח ממנו נקרא אופק האירועים. התמונה החדשה חושפת את צורתו וגודלו של אופק האירועים של החור השחור במרכז M87, ומאשרת את התחזיות של תורת היחסות הכללית.

התצפיות נעשו בשנת 2018 באמצעות טלסקופים ממערך המילימטר הגלובלי VLBI (GMVA), מערך המילימטר/תת-מילימטר הגדול אטקמה (ALMA), ש-ESO שותפה בו, וטלסקופ גרינלנד (GLT).fl כך נוצרה רשת של רדיו-טלסקופים ברחבי העולם הפועלים יחד כטלסקופ וירטואלי בגודל כדור הארץ. רשת כה גדולה יכולה להבחין בפרטים קטנים מאוד באזור שמסביב לחור השחור של M87.

הודות לתמונה חדשה זו, אסטרונומים יכולים להבין טוב יותר כיצד חורים שחורים יכולים לשגר סילונים אנרגטיים כאלה.

רוב הגלקסיות מכילות חור שחור סופר-מסיבי במרכזן. בעוד חורים שחורים ידועים בכך שהם בולעים חומר בסביבתם הקרובה, הם יכולים גם לשגר סילוני חומר רבי עוצמה החורגים מתחום הגלקסיות שבהן הם נמצאים. הבנת האופן שבו חורים שחורים יוצרים סילונים עצומים כל כך היא בעיה ארוכת שנים באסטרונומיה. “אנחנו יודעים שסילונים נפלטים מהאזור שמסביב לחורים שחורים”, אומר רו-סן לו מהמצפה האסטרונומי בשנגחאי בסין, “אבל אנחנו עדיין לא לגמרי מבינים איך זה קורה בפועל. כדי לחקור זאת ישירות עלינו לצפות במקור הסילון קרוב ככל האפשר לחור השחור”.

התמונה החדשה שפורסמה היום מראה לראשונה בדיוק את זה: איך בסיס הסילון מתחבר לחומר שמסתחרר סביב חור שחור סופר-מסיבי, בעל מסה הגדולה פי 6.5 מיליארד מהשמש,  שנמצא במרכז הגלקסיה M87, הממוקמת במרחק של 55 מיליון שנות אור מאיתנו . תצפיות קודמות הצליחו לצלם בנפרד את האזור הקרוב לחור השחור ולסילון, אך זו הפעם הראשונה ששני המאפיינים נצפו יחד. “התמונה החדשה הזו משלימה את התמונה בכך שהיא מראה את האזור סביב החור השחור והסילון בו זמנית”, מוסיף ג’יי-יונג קים מהאוניברסיטה הלאומית קיונגפוק בדרום קוריאה וממכון מקס פלנק לרדיו אסטרונומיה בגרמניה.

התמונה החדשה מראה את הסילון מגיח ליד החור השחור, כמו גם את מה שהמדענים מכנים הצל של החור השחור. כאשר החומר מקיף את החור השחור, הוא מתחמם ופולט אור. החור השחור מתכופף ולוכד חלק מהאור הזה, ויוצר מבנה דמוי טבעת סביב החור השחור כפי שנראה מכדור הארץ. החשכה במרכז הטבעת היא צל החור השחור, שצולם לראשונה על ידי טלסקופ אופק האירועים (EHT) בשנת 2017. הן תמונה חדשה זו והן התמונה של EHT משלבות נתונים שצולמו עם מספר טלסקופי רדיו ברחבי העולם, אך התמונה שפורסמה היום מראה אור רדיו הנפלט באורך גל ארוך יותר מזה של EHT: 3.5 מ”מ במקום 1.3 מ”מ. “באורך גל זה, אנו יכולים לראות כיצד הסילון יוצא מטבעת הפליטה סביב החור השחור הסופר-מסיבי המרכזי, ” אומר תומאס קריצ’באום ממכון מקס פלנק לאסטרונומיית רדיו.

גודל הטבעת שנצפה על ידי רשת GMVA גדול בכ-50% בהשוואה לתמונה של טלסקופ אופק האירועים. “כדי להבין את המקור הפיזי של הטבעת הגדולה והעבה יותר, היינו צריכים להשתמש בהדמיות מחשב כדי לבחון תרחישים שונים”, מסביר קייצ’י אסאדה מהאקדמיה סיניקה בטייוואן. התוצאות מצביעות על כך שהתמונה החדשה חושפת יותר מהחומר שנופל לכיוון החור השחור מאשר מה שניתן היה לראות עם EHT.

תצפיות עתידיות עם רשת טלסקופים זו ימשיכו לפענח כיצד חורים שחורים סופר-מאסיביים יכולים לשגר סילונים רבי עוצמה. “אנו מתכננים לצפות באזור סביב החור השחור במרכז M87 באורכי גל רדיו שונים כדי להמשיך ולחקור את פליטת הסילון“, אומר אדוארדו רוס ממכון מקס פלנק לאסטרונומיית רדיו. תצפיות סימולטניות כאלה יאפשרו לצוות להבין את התהליכים המסובכים המתרחשים ליד החור השחור העל-מסיבי. “השנים הקרובות יהיו מרגשות, מכיוון שנוכל ללמוד יותר על מה שקורה ליד אחד האזורים המסתוריים ביותר ביקום“, מסכם רוס.

להודעה של ESO

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

• מדוע חורים שחורים ענקיים ממשיכים לגדול במרכזי גלקסיות מסיביות
• טלסקופ ג’יימס ווב שופך אור על אבולוציה של גלקסיות וחורים שחורים בחמישיה של סטפן
• אסטרופיזיקאים מנבאים חוזק של גלי כבידה ממיזוג של חורים שחורים על מסיביים
• גילוי החומר האפל: רמז חדש מעננים מסתוריים סביב חורים שחורים מסתחררים