אסטרונומים מוצאים עדות להתנגשות של חורים שחורים שפלטה אור

התפרצות אפשרית של אור נצפתה מחורים שחורים קטנים בתוך הדיסקה המקיפה חור שחור על-מסיבי

כששני חורים שחורים נעים במסלול ספירלי הדדי ובסוף מתנגשים, הם שולחים אדוות במרחב ובזמן שנקראות גלי כבידה. בגלל שחורים שחורים לא פולטים אור, האירועים האלה לא צפויים לזהור עם גלי אור כלשהם, או קרינה אלקטרומגנטית. האסטרופיזיקאים ק. א. סאאביק פורד ובארי מקרנן מהמרכז ללימודי מוסמכים של CUNY, הציגו אופנים שבהם מיזוג של חורים שחורים עשוי להתפוצץ עם אור. עכשיו, לראשונה, אסטרונומים ראו עדות לאחד מהתרחישים מפיקי האור האלה. הממצאים שלהם זמינים בגיליון הנוכחי של Physical Review Letters.

צוות שכולל מדענים מהמרכז ללימודי מוסמכים של CUNY, Zwicky Transient Facility (ZTF) של קלטק, המכללה הקהילתית של רובע מנהטן (BMCC) והמוזיאון האמריקאי לתולדות הטבע (AMNH) גילה משהו שנראה כמו התפרצות של אור מזוג של חורים שחורים מתמזגים. האירוע (שנקרא S190521g) זוהה לראשונה על ידי מצפה גלי הכבידה באמצעות אינטרפרומטר לייזר (LIGO) של הקרן הלאומית למדע (NSF) והגלאי האירופי וירגו ב-21 במאי 2019. כשהחורים השחורים התמזגו, וטלטלו את המרחב והזמן, הם שלחו גלי כבידה. זמן קצר לאחר מכן, מדענים ב-ZTF — שנמצא במצפה פלומר ליד סן דייגו — בדקו את ההקלטות שלהם של אותו אירוע וגילו משהו שיכול להיות התפרצות של אור שמגיעה מהחורים השחורים המתמזגים.

“במרכז של רוב הגלקסיות מסתתר חור שחור על-מסיבי. הוא מוקף בנחיל של כוכבים וכוכבים מתים, כולל חורים שחורים”, אמרה המחברת המשותפת של המחקר פורד, פרופסור במרכז ללימודי מוסמכים, BMCC ו-AMNH. “העצמים האלה נעים כמו נחיל של דבורים עצבניות סביב המלכה האם המפלצתית שבמרכז. הם יכולים לזמן קצר למצוא שותפי כבידה וליצור איתם זוג אבל בדרך כלל מאבדים את השותף שלהם במהירות לריקוד המשוגע. אבל בדיסקה של חור שחור על-מסיבי, הגז שזורם הופך את אזור הריקודים הפרועים של הנחיל למינואט קלאסי, ומארגן את החורים השחורים כך שהם יכולים ליצור זוגות”, היא אומרת.

ברגע שהחורים השחורים מתמזגים, החור השחור החדש שהוא עכשיו גדול יותר חווה בעיטה ששולחת אותו בכיוון אקראי, והוא עובר דרך הגז בדיסקה. “התגובה של הגז לקליע המהיר הזה היא שיוצרת התפרצות בהירה, שנראית באמצעות טלסקופ”, אמר המחבר השותף מקרנן, פרופסור לאסטרופיזיקה במרכז ללימודי מוסמכים, BMCC ו-AMNH.

“החור השחור העל מסיבי הזה בעבע במשך שנים לפני ההתפרצות היותר פתאומית הזאת”, אמר המחבר המוביל של המחקר מתיו גרהאם, פרופסור מחקר לאסטרונומיה בקלטק ומדען הפרויקט של ZTF. “ההתפרצות התרחשה בזמן המתאים ובמקום המתאים, ובאותו הזמן של אירוע גלי הכבידה. במחקר שלנו, אנחנו מסיקים שההתפרצות היא כנראה תוצאה של מיזוג בין חורים שחורים, אבל אנחנו לא יכולים לשלול לגמרי אפשרויות אחרות”.

“ZTF תוכנן ספציפית לזהות סוגים חדשים, נדירים ושונים של פעילות אסטרונומית כמו זאת”, אמר מנהל חטיבת מדעי האסטרונומיה של NSF רלף גום. “התמיכה של NSF בטכנולוגיות חדשות ממשיכה להרחיב את הדרכים שלנו לגלות אירועים כאלה”.

התפרצות כזאת צפויה להתחיל ימים עד שבועות אחרי ההתזה הראשונה של גלי כבידה שנוצרו בזמן המיזוג. במקרה הזה, ZTF לא לכד את האירוע מייד, אבל כשהמדענים חזרו והסתכלו בתמונות מהארכיון של ZTF חודשים מאוחר יותר, הם מצאו אות שהתחיל ימים אחרי אירוע גלי הכבידה של מאי 2019. ZTF צפה בהתפרצות דועכת לאיטה תוך תקופה של חודש.

המדענים ניסו לקבל מבט מפורט יותר על האור של החור השחור העל-מסיבי, שנקרא ספקטרום, אבל עד שהם הסתכלו, ההתפרצות כבר דעכה. ספקטרום היה מספק עוד תמיכה לרעיון שההתפרצות הגיעה מחורים שחורים מתמזגים בתוך הדיסקה של החור השחור העל-מסיבי. אבל החוקרים אומרים שהם הצליחו לשלול את רוב הסיבות האפשריות האחרות להתפרצות שנצפתה, כולל סופרנובה או אירוע של קריעה על ידי כוחות גאות, שמתרחש כאשר חור שחור למעשה אוכל כוכב.

בנוסף, הצוות אומר שלא סביר שההתפרצות הגיעה מהרעשים הרגילים של החור השחור העל-מסיבי, שבאופן סדיר מזינים את הדיסקה שמקיפה אותו. באמצעות Catalina Real-Time Transient Survey, שמנוהל על ידי קלטק, הם הצליחו להעריך את ההתנהגות של החור השחור ב-15 השנים האחרונות, ומצאו שהפעילות שלו הייתה רגילה יחסית עד מאי 2019 כאשר היא התגברה פתאום.

“לחורים שחורים על-מסיביים כמו זה יש התפרצויות כל הזמן. הם לא עצמים שקטים, אבל העיתוי, הגודל והמקום של ההתפרצות הזאת היו מרהיבים”, אמרה המחברת השותפה מנסי קסליוואל, מרצה בכירה לאסטרונומיה בקלטק. “הסיבה שחיפוש התפרצויות כאלה כל כך חשוב היא שזה עוזר מאוד בשאלות של אסטרופיזיקה וקוסמולוגיה. אם נוכל לעשות זאת שוב ונגלה אור ממיזוגים של חורים שחורים אחרים, אז נוכל לאתר את הבית של החורים השחורים האלה ולדעת יותר על המקור שלהם”.

החור השחור החדש שנוצר יגרום לעוד התפרצות בשנים הקרובות. תהליך המיזוג נתן לעצם בעיטה שתגרום לו להיכנס שוב לדיסקה של החור השחור העל-מסיבי, וליצור עוד התפרצות של אור שיוכלו לראות אותה ב-ZTF.

למאמר המדעי

עוד בנושא באתר הידען:

• האם החומר האפל עשוי מחורים שחורים?
• הוכחה לתורת היחסות הכללית של איינשטיין: “גילוי גלי הכבידה פותח לנו חלון חדש ליקום”
• “עם שידרוג LIGO נוכל לגלות עשרות אירוע גלי כבידה בשנה”