אור חדש על חורים שחורים

באותה שנה סברו עדיין כי יתכן שלבסוף כל היקום יתמוטט תחת משקלו. כל כוכבי שישאר, כל ככוב לכת וכל החורים השחורים יתמזגו להתכווצות קוסמית אחת המכונה הבליעה הגדולוה. אם תרחיש זה נכון, אזי כל היקום ימצא את סופו בתוך חור שחור ענק אחד ויחיד

מאמר מאת פול דיוויס, ינואר 1994.

במרכז הגלקסיה שלנו, שביל החלב, אורבים להם אפלים ומבשרי רעות מפלצות הבולעות כל דבר המתקרב אליהן. העדות לכך באה מתצלומים חדשים, שנעשו במצפה סטויוארד באריזונה, ואשר חשפו צביר דחוס של כוכבים הנמשכים בכוח עז על ידי עצם מאסיבי בלתי נראה.

אסטרונומים החלו לגלות תהליכים דומים גם במרכזיהן של גלקסיות אחרות. הם חשדו שמדובר בחורים שחורים. בין העצמים המפחידים ביותר ביקום. יש להם שדות משיכה כה חזקים, עד שכל דבר המתקרב אליהם נשאב לתוכם. אפילו האור לא יכול להמלט מהם ולכן הם אפלים.

עד לפני כמה שנים, חשבו אנשים רבים שהחורים השחורים הם בגדר מדע בדיוני. כעת, בעקבות תצפיות חדשות שערכו אסטרונומים באדינבורו התברר שלא רק שהם קיימים אלא שהיקום אף מלא בהם.

המחקר שלהם, בן 20 השנה אודות קוואזרים – עצמים דמויי כוכבים רחוקים, דחוסים ובהירים מאוד – הראה שמדובר במספר רב של עצמים קוסמיים, כל אחד בעל מסה כשל כוכב הלכת צדק. אם הם כאלה, כפי שטוענים אנשי הצוות של אוניברסיטת אדינבורו, מדובר במיני חורים שחורים והם יכולים להסביר את אחת החידות הגדולות ביותר של היקום.

במשך שנים טענו הקוסמולוגים שלפחות 90 אחוזים מהיקום חייב להיות מורכב מ"חומר אפל", אבל עד כה לא יכול היה איש לגלות מה טיבו של החומר שנעלם. כעת, אומרים האסטרונומים הללו, שהתשובה היא החורים השחורים.

עם כל ההתרגשות הנוכחית, קשה להאמין שרק לפני 20 שנה היו החורים השחורים בקושי בגדר רעיון תיאורטי. היה זה בשנות השבעשים של המאה ה-20, כאשר לווין ששוגר כדי לגלות מקורות של קרינת X בחלל העמוק, מצא מקור רב עוצמה בתוך מערכת סיגנוס. האסטרונומים חשדו שקרני ה-X באו ממערכת כוכב כפול המכילה חור שחור. מאז גילו האסטרונומים עדויות לקיומם של חורים שחורים רבים אחרים.

הגופים המוזרים הללו נחזו על ידי תורת היחסות של איינשטיין, המתארת את החלל, הזמן וכוח המשיכה במושגים של גיאומטריה. המסה של העצמים מעוותת את הגיאומטריה של החלל-זמן כך שעצמים אחרים נדחפים לעברם. אפשר לדמיין עצם כה קומפאקטי שמפריע באופן אינסופי לחלל-זמן, מייצר שדה משיכה כה חזק שאפילו האור – המהיר מכל דבר הידוע ביקום – לא יכול להמלט ממנו.

מאז אייזיק ניוטון והמאה ה-17 ידוע היטב שאם זורקים חפץ לאוויר מספיק חזק, הוא יברח מכוח המשיכה של כדור הארץ. מהירות הבריחה הקריטית היא 11 קילומטרים לשניה. אם כדור הארץ היה נדחס לחצי מהרדיוס הנוכחי שלו, בלי לשנות את מסתו, מהירות הבריחה היתה עולה ל-15.6 קילומטר לשניה. אבל אם המסה של כדור הארץ תדחס לתוך נפח של גרגר אפונה, תגיע מהירות הבריחה ל-300 אלף קילומטרים בשניה – מהירות האור. גוף כזה יופיע כלפי חוץ כשחור, משום ששום אור לא יוכל להמלט ממנו. דחיסת עצם גדול יותר – למשל כוכב גדול מהשמש לתוך קילומטר מעוקב תיתן את אותה השפעה.

במהלך שנות השלושים של המאה ה-20, הגיע הפיסיקאי האמריקני רוברט אופנהיימר למסקנה שכאשר נגמר לכוכב מזדקן הדלק השומר על בערתו, הוא יתמוטט תחת משקלו ויידחס לצפיפות פנטסטית. בשנים שלאחר מלחמת העולם השניה, גילו אסטרונומים שכוכבים גדולים התפוצצו בתופעה המכונה סופרנובה, כאשר נגמר להם הדלק. ההתפוצצות התעוררה בגלל תהליכים גרעיניים עמוק בתוך הכוכב, והדבר גרם לגרעין שלו להדחס. התהליך גורם לשחרור אנרגיה המתפשטת לחלקים החיצוניים של הכוכב.

בשנת 1967 גילתה ג'סלין בל, אסטרונומית רדיו באוניברסיטת קיימברידג', כמה פעימות רדיו סדירות. האסטרונומים חשדו שאלו סימנים המגיעים מגרעינים מתמוטטים של סופרנובה. החומר בעל מסה כשל השמש נדחס לקוטר של כמה קילומטרים. המשקל גרם לאטומים להתנפץ ולהיווצרות מעין כדור של ניוטרונים. הכוכבים הללו כונו כוכבי ניוטרון. כוח המשיכה של כוכבי הניטורון הוא כה חזק שהוא מתקרב לתהליך של חטיפת האור. הגילוי רמז על כך שגם כוכבים מאסיבים יותר – חורים שחורים – אמיתיים עשויים להיווצר בתוך שאריות הסופרנובה.

כדי שכוכב הניוטרון לא יתמוטט עוד יותר, החומר הניוטרוני שלו חייב להיות קשיח מאוד. ככל שהכוכב יותר מאסיבי, כך החומר צריך להיות קשיח יותר, אולם ישנו גבול גם לקשיחות הזאת. שום עצם לא יכול להיות קשיח לחלוטין. חישובים הראו שהגבול מושג כעשר המאסה של כוכב הניוטרון היא בערך שלוש מסות שמש.

באמצעות שימוש בתאורית הכבידה, עקבו המדענים אחרי גורלו של כדור חומר כוכבי שהכיל חומר בכמות גדולה מהמותר. הם חזו שיידרשו לכדור הזה רק כמה מיקרו שניות כדי להתכווץ לתוך קוטר אפס ולדחיסות אינסופית, מצב הידוע כסינגולריות. החומר של הכוכב ייעלם ביעילות מהיקום- ומכאן השם "חור שחור", שטבע האסטרופיסיקאי ג'ון וילר (שלימים יצא לי לפגוש בו בהגיעו לביקור בישראל. א.ב.)

למרות שהכוכב נעלם, נשאר כוח המשיכה שלו, חותם בתוך המארק של החלל-זמן. שדות משיכה חזקים אלה עוצרים אותנו מלראות את השלבים הסופיים של ההתמוטטות. באמצעות לכידת האור המנסה להימלט. הדרך היחידה לראות מה קורה בתוך חור שחור היא ליפול לתוך אחד כזה…

בהיותו שחור, החור השחור קשה לגילוי. האסטרונומים מסתמכים על עדויות עקיפות, כמו הדרך בה מושך כוח המשיכה של החור השחור עצמים בוהקים קרובים אליו. לדוגמא כוכבים מוכרים רבים נמצאים במערכת בינרית, כלומר זוג כוכבים המקיפים זה את זה. אם כוכב אחד יתמוטט ויהפוך לחור שחור, ימשיך הכוכב השני להקיף אותו. אם שני הכוכבים יתקרבו זה לזה, תוכל משיכת החור השחור לינוק חומר מתוך הכוכב המלווה. כאשר הגזים יתסחררו מסביב וייכנסו לתוך השחור הם ייצרו צורה של דיסקה מסתחררת, והטמפרטורה של הגז תעלה לנקודה שבה החומר יבהק באנרגיות גבונות בתחום קרינת ה-X.

המסה של החור השחור הנוצרת מהתמוטטות גרעין של כוכב, ספק אם היא עולה על כמה מעפמים מסת השמש, אבל כל חומר שיתקרב לחור השחור יפול פנימה ולא יוכל להמלט. החומר הנוסף ירחיב את החור ויגדיל את כוח המשיכה של החור. חורים שחורים הם רעבים ובלתי ניתנים להשבעה. עם יכולים לבלוע כוכבים שלמים או אפילו חורים שחורים אחרים.

חומרים הנמצאים בקרבת צבירי כוכבים או גלקסיות יכולים ליצור חורים שחורים עצומים מיד, בלי שהגוף הזה יעבור שלב כוכבי. גלקסיות רבות סובלות מהתפוררות חמורה במרכזן. בכמה מהם, סילונים עצומים של גז נשלחים במהירות המתקרבת למהירות האור, אחרות פולטות גלי רדיו דחוסים או קרני X. לעיתים מבהיק מרכז הגלקסיה בתחום רחב של הספקטרום. טווית חורים שחורים מפלצתיים, סבורים האסטרונומים, יכולה להיות אחראית לתופעות הללו. סופר חורים אלה שואבים לתוכם חומר, המשחרר כמויות אדירות של אנרגיה. אנמרגיה זו מהווה אתגר לתנועה הסיבובית של החור השחור וכך נוצרות פלומות דקות הנזרקות לחלל. יש עדויות לכך שכמה גלקסיות עשויות להכיל חורים שחורים בעלי מסה של מיליארד שמשות.

סוג אחד של עצמים המיצרים כמויות אדירות של אנרגי ההם הקוואזרים. אסטרונומים רבים משוכנעים שחורים שחורים הם האחראים למעשה לאנרגיה הקולוסלית הנפלטת מהקוואזרים. יתכן שמרבית הגלקסיות מכילות חור שחור מאסיבי במרכזן, ושקוואזרים הן פשוט גלקסיות שבהן החור השחור הואכל בחומר רב.

ספקולציות נוספות היו בדבר הימצאות חור שחור במרכז הגלקסיה שלנו. במשך שנים רבות ידעו האסטרונומים על נוכחות של מקור רדיו מוזר, חזק וקומפאקטי הנקרא סגיטריוס A. הוא נראה כחור שחור ענק השואב לתוכו גז. אם אכן הדבר כך, הגז צריך לבהוק גם בתחום האינפרה-אדום. לאחרונה נתגלתה הקרינה הזאת. אבל המצב מביך, עד כדי כך שיש החושדים כי יתכן שיש לנו לא חור שחור אחד אלא שניים בגרעין הגלקסיה.

עצם אחד נטרף על ידי החור השחור ולא יכול לצאת. במקום זאת, החור השחור גדל ותאבונו לא יודע גבול. במשך הזמן, החור השחור שואב באופן קבוע לתוכו את כל החומר וממשיך לתפוח. כוכבים רבים יעמדו בפני הגורל, אחרים יירו גבמרגמה לתוך המרחב הבין גלקטי. במשך השנים סביר להניח שרוב העצמים ביקום יגמרו בתוך חורים שחורים. חורים שחורים אלו ינועו באופן ספירלי זה לעבר זה וייצרו חור שחור מפלצתי באורגיה של קניבליזם.

יתכן שלבסוף כל היקום יתמוטט תחת משקלו. כל כוכבי שישאר, כל ככוב לכת וכל החורים השחורים יתמזגו להתכווצות קוסמית אחת המכונה הבליעה הגדולוה. אם תרחיש זה נכון, אזי כל היקום ימצא את סופו בתוך חור שחור ענק אחד ויחיד.

המאמר תורגם בזמנו, אך לא הועלה לאתר הידען. נשמר בגרסה מודפסת לאחר שכל הקבצים של אז, בפורמט איינשטיין נעלמו במעברים הרבים בין דורות המחשבים.

שיתוף ב print
שיתוף ב email
שיתוף ב whatsapp
שיתוף ב linkedin
שיתוף ב twitter
שיתוף ב facebook

כתיבת תגובה

האימייל לא יוצג באתר.

דילוג לתוכן