חורים שחורים מאופיינים באמצעות שני מאפיינים פשוטים: מסה וסחרור. בעוד האסטרונומים הצליחו מזה זמן רב למדוד את המסה של החורים השחורים די ביעילות, קביעת קצב הסחרור שלהם היתה משימה הרבה יותר קשה.
אסטרונומים שהשתמשו בטלסקופ צ'אנדרה של נאס"א בתחום קרני ה-X ובטלסקופ המקביל ניוטון של סוכנות החלל האירופית וכן בטלסקופ החלל האבל הצופה בתחום האור הנראה ובתדרים הקרובים אליו, חשפו חור שחור מאסיבי במרחק 6 מיליארד שנות אור המסתחרר במהירות. המדידות הראשונות של קצב הסחרור בחור שחור כה מרוחק מהווה התקדמות חשובה להבנה כיצד גדלים חורים שחורים במהלך הזמן.
חורים שחורים מאופיינים באמצעות שני מאפיינים פשוטים: מסה וסחרור. בעוד האסטרונומים הצליחו מזה זמן רב למדוד את המסה של החורים השחורים די ביעילות, קביעת קצב הסחרור שלהם היתה משימה הרבה יותר קשה.
בעשור האחרון, הציעו אסטרונומים דרכים להערכת קצב הסחרור של חורים שחורים במרחקים הגדולים מכמה מיליארדי שנות אור. משמעות הדבר היא שאנו צופים באיזורים המקיפים חורים שחורים כפי שהם נראו לפני מיליארדי שנים. ואולם קביעת קצב הסחרור של חורים שחורים מרוחקים אלה דרשה מספר שלבים המסתמכים זה על זה.
"רצינו לדלג על התיווך, ולחשב את הסחרור של חורים שחורים בכל היקום" אומר רובנס רייס מאוניברסיטת מישיגן באן ארבור, החוקר הראשי במאמר שפורסם בגיליון המקוון של כתב העת נייצ'ר ב-5 במרץ 2014.
רייס ועמיתיו חישבו את סחרור החור השחור העצום המושך את הגז שסביבו, ומייצר קוואזר מאיר במיוחד המכונה RX J1131-1231. בשל מזל שהיה לחוקרים שניצלו התיישרות עם גלקסיה גדולה שעברה בתווך, ההפרעה במרחב-זמן שגרמה גלקסיה אליפטית ענקית שניצבה בקו הראיה, ושימשה כעדשת כבידה המגדילה את האור מהקוואזר. עדשה כבידתית, שקיומה נחזה לראשונה על ידי איינשטיין, מציעה הזדמנות נדירה לחקור את האיזורים הפנימיים ביותר של קוואזרים כשהיא משמשת כטלסקופ טבעי ומגבירה את האור ממקורות אלה.
"בזכות עדשת הכבידה, הצלחנו להשיג מידע מפורט על ספקטרום ה-X, כלומר כמות קרני ה-X הנראים באנרגיות שונות מ- RX J1131-1231" אמר אחד החוקרים השותפים במחקר, מרק ריינולדס, אף הוא ממישיגן. "הנתונים הללו בתורם איפשרו לנו לקבל ערך מדויק למהירות בה מסתובב החור השחור".
קרני ה-X מיוצרים בדיסקת הספיחה של הגז והאבק המקיפים את החור השחור ויוצרים ענן שבו מתקיימת טמפרטורה של מיליוני מעלות, זו העטרה שליד החור השחור. קרני ה-X מעטרה זו משקפים את החלק הפנימי של דיסקת הספיחה. הכוחות הכבידתיים חזקים ליד החור השחור משנים את הספקטרום של קרני ה-X. ככל שהשינוי גדול יותר, כך הקרניים הגיעו מאיזור פנימי יותר של דיסקת הספיחה והיו הקרובים ביותר לחור השחור.
"אנו מעריכים כי קרני ה-X מגיעות מאיזור בדיסקה הממוקם רק 3 רדיוסים מאופק האירועים, נקודת האל חזור של החומר הנופל לחור השחור" אומר ג'ון מילר ממישיגן, עוד חוקר השותף למחקר."
"החור השחור חייב להסתחרר מהר מאוד כדי לאפשר לדיסקה לשרוד ברדיוס כזה קטן."
באמצעות מדידת הסחרור של חור שחור מרוחק, גילו החוקרים רמזים חשובים אודות תהליך הצמיחה של החורים השחורים. אם חורים שחורים היו גדלים בעיקר בזכות התנגשויות ומיזוגים בין גלקסיות, הם היו אמורים לצבור חומר בדיסקה יציבה, וקבלת אספקה יציבה של חומר חדש היתה מובילה לסחרור מהיר של החורים השחורים. ולהפך, אם החור השחור גדל באמצעות הרבה אירועי ספיחה קטנים, הם יקלטו את החומר מכיוונים שונים והדבר עשוי להאט את קצב הסחרור.
הגילוי כי החור השחור ב- RX J1131-1231 מסתחרר במהירות של למעלה ממחצית מהירות האור, תואמת אכן לגילו של החור השחור הזה, 7.7 מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול, וכי הוא גדל באמצעות מיזוגים ולא באמצעות משיכת חומרים מכיוונים שונים.
היכולת למדוד את סחרור החור השחור בטווחים קוסמיים גדולים יכולה לאפשר מחקר ישיר באשר לשאלה האם חורים שחורים מתפתחים באותו קצב כמו הגלקסיה המארחת שלהם? מדידות הסחרור של החור השחור RX J1131-1231 מהווה צעד גדול לאורך המסלול של הדגמת טכניקות לשימוש בטלסקופים בתחום קרינת ה-X לחקר חורים שחורים סופר מאסיביים מרוחקים. קודם למחקר זה, מרבית החורים השחורים המרוחקים שהסחרור הישיר שלהם חושב היו ממוקמים במרחקים של 2.5-4.7 מיליארד שנות אור.