מדוע חורים שחורים ענקיים ממשיכים לגדול במרכזי גלקסיות מסיביות

חוקרים מהאוניברסיטה העברית ומצרפת גילו כי מתחת לגודל הקריטי יש גורמים המפריעים לחורים שחורים לבלוע גז ולגדול, בגלקסיות בעלות מסה של יותר מעשרה מיליון שמשות, המשיכה מספיק גדולה כדי למשוך עוד ועוד חומר מהגלקסיה אל החור השחור שבמרכזה

תצפיות אסטרונומיות שבוצעו לאחרונה גילו קרינה עוצמתית ורוח מסיבית של גז, שנפלטים מהסביבה של חורים שחורים ענקיים בעלי מסה של יותר ממיליון מסות שמש. חורים שחורים אלה שוכנים במרכזיהן של גלקסיות, שהן המושבות הבסיסיות של כוכבים ביקום. גילוי החור השחור במרכז הגלקסיה שלנו, שביל החלב, הוביל השנה לפרס נובל, והאיץ את המחקר המרתק של היווצרות החורים השחורים. מהתצפיות החדשות הסתבר שהפליטה עוצמתית במיוחד בגלקסיות שהן מסיביות יותר ממסה קריטית – המסה של כעשרה מיליארד כוכבים כמו השמש שלנו. אלה גלקסיות גדולות במעט מגלקסית שביל החלב. השאלות הגדולות שניצבות בפני החוקרים הן מה מונע מהסביבה של חורים שחורים לפלוט קרינה ולהעיף גז בעוצמה גדולה בגלקסיות שהן קטנות מהמסה הקריטית, מדוע הפליטה נעשית עוצמתית בגלקסיות שגדולות מהמסה הקריטית, ומהו המקור לאותה מסה קריטית.

אסטרופיזיקאים ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית מציעים לחידות מרתקות אלו פתרון במאמר שהתפרסם בכתב העת של החברה המלכותית לאסטרונומיה, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society. המחקר בוצע על ידי הסטודנטית לדוקטורט שרון לפינר, בהדרכתו של פרופ׳ אבישי דקל ממכון רקח לפיזיקה, ובשיתוף עם ד״ר יוהן דובואה מהמכון לאסטרופיזיקה בפריס. הם ניתחו הדמיות מחשב מתקדמות של התפתחות גלקסיות ביקום המתפשט מהמפץ הגדול ועד היום, על מנת להגיע לפתרון השאלות. ההנחה המקובלת היא שבמרכזי הגלקסיות נוצרים וגדלים החורים השחורים הענקיים עקב נפילה של חומר (בעיקר גז מימן) מן הגלקסיה אל החור השחור, בהשפעת כוח הכבידה. כאשר נפילת החומר היא בקצב מהיר, החור השחור גדל במהירות, והקרינה והרוח הנזרקת מסביבתו הן עוצמתיות. בקרבת החור השחור הדחוס כל כך, אנרגית הכבידה גדולה מאוד, ובנוכחות של גז שנופל בקצב מהיר אנרגיה כבידתית זו מהווה מקור לקרינה ורוח עוצמתיות יותר מאשר מכל מקור אחר, ואותן אנו רואים ממרחקים גדולים ביקום.

לפינר, דקל ודובואה מצאו באמצעות ההדמיות הקוסמולוגיות שבגלקסיות קטנות מהמסה הקריטית, נפילת החומר אל החור השחור נבלמת על ידי רוחות מפיצוצי סופרנובה של כוכבים גדולים לקראת מותם, ובכך נמנע הגידול של החור השחור. הם גילו עוד שהבלימה מפסיקה להיות אפקטיבית בגלקסיות שגדולות מהמסה הקריטית, שבהן כוח הכבידה שמניע את הנפילה חזק יותר, וכתוצאה מכך נפילת החומר פנימה נעשית אפשרית ואז ייתכן גידול של החור השחור. את המסה הקריטית מכנה פרופ’ דקל ״מסת הזהב״, והיא האחראית להבדלים רבים בין תכונות הגלקסיות הקטנות יותר והגדולות יותר.

״התגלית החשובה במאמר החדש היא שההתנעה של תהליך הגידול המהיר של החור השחור, כאשר הגלקסיה גדלה אל מעל המסה הקריטית, נגרמת במקרים רבים על ידי התנגשויות בין גלקסיות, שבעטיין נדחס גז רב אל מרכז הגלקסיה ואל החור השחור״, אומר פרופ׳ דקל. הוא מוסיף ומציין שתהליך הדחיסה הדרמתי הזה, אותו הוא מכנה ״דחיסה רטובה״ (wet compaction) כי הוא עשיר בגז, מתרחש במהלך ההיסטוריה המוקדמת של מרבית הגלקסיות, לפני כ-10 מיליארד שנה, כאשר מסתם גדלה אל מעבר למסת הזהב. זהו תהליך שאחראי לתכונותיהן העיקריות, כמו גודל, מבנה והרכב. עתה מסתבר שהדחיסה הרטובה אחראית גם לגידול המהיר של החורים השחורים הענקיים שבמרכזי הגלקסיות.

למאמר המדעי