החוקרים בחנו מה יקרה אם חור שחור היפותטי בעל מסת אסטרואיד יחצה ננס לבן. ההדמיות משחזרות כמה עקומות אור וחתימות כימיות שנמדדו בסופרנובות, אך אינן מוכיחות שחורים שחורים קדמוניים קיימים
האם חלק מהסופרנובות מסוג Ia מתחילות כאשר עצם אפל וזעיר חוצה ננס לבן? מחקר תאורטי חדש מציע שחורים שחורים קדמוניים בעלי מסה הדומה לזו של אסטרואידים עשויים להצית את הפיצוצים התרמו־גרעיניים ולהשאיר אחריהם חתימות הניתנות, לפחות עקרונית, למדידה.
חשוב לסייג כבר בפתח הדברים: חורים שחורים קדמוניים טרם התגלו. המחקר אינו מדווח על תצפית בחור שחור כזה ואף אינו מוכיח שהוא גרם לסופרנובה מסוימת. החוקרים בדקו אם תרחיש היפותטי כזה מסוגל לשחזר תכונות של סופרנובות ושרידי סופרנובות שנצפו בפועל.
המחקר, בהובלת שינג־צ'י לאונג (Shing-Chi Leung) מהמכון הפוליטכני של אוניברסיטת מדינת ניו יורק וממכון קוולי לפיזיקה ולמתמטיקה של היקום באוניברסיטת טוקיו, פורסם ביוני 2026 בכתב העת The Astrophysical Journal. המאמר המדעי
חורים שחורים שלא נוצרו מכוכבים
החורים השחורים המוכרים לאסטרונומים נוצרים בדרך כלל מקריסתם של כוכבים מסיביים או ממיזוג של עצמים קומפקטיים. חורים שחורים קדמוניים הם רעיון אחר: על פי ההשערה, הם היו עשויים להיווצר זמן קצר לאחר המפץ הגדול, כאשר אזורים צפופים במיוחד ביקום הצעיר קרסו בהשפעת הכבידה.
מסתם האפשרית של חורים שחורים כאלה משתרעת על פני טווחים רחבים. המחקר הנוכחי מתמקד בטווח המכונה "חלון מסת האסטרואידים" — בין (4\times10^{-17}) ל־(4\times10^{-12}) ממסת השמש. למרות המסה הגדולה יחסית, חור שחור כזה יהיה קטן מכדי לפלוט אור או להיראות ישירות בטלסקופים.
חורים שחורים קדמוניים הוצעו כאחד המועמדים להרכיב חלק מן החומר האפל, המהווה כ־85% מכלל החומר ביקום. עם זאת, קיימות מגבלות תצפיתיות מחמירות על שיעורם בטווחי מסה רבים, ואין כיום ראיה מוסכמת לכך שהם אכן קיימים.
מעבר קצר שיכול להצית כוכב
ננס לבן הוא הליבה הצפופה שנותרת לאחר שכוכב בעל מסה נמוכה או בינונית מסיים את שלבי התפתחותו. ננסים לבנים המורכבים בעיקר מפחמן ומחמצן עשויים, בתנאים מסוימים, לעבור בעירה תרמו־גרעינית בלתי נשלטת ולהתפוצץ כסופרנובה מסוג Ia.
בתרחישים המקובלים קשור הפיצוץ למערכת כפולה: הננס הלבן צובר חומר מכוכב נלווה או מתמזג עם ננס לבן נוסף. אלא שהמסלולים המדויקים המובילים לכל סופרנובות Ia עדיין אינם מובנים במלואם, וייתכן שיותר ממנגנון אחד מסוגל לגרום להן.
התרחיש החדש מציע אפשרות נוספת. אם חור שחור קדמוני יחצה ננס לבן, הכבידה שלו תפעיל כוחות גאות חזקים על החומר הסמוך למסלולו. כוחות אלה יחממו אזור צר בתוך הכוכב. כאשר הטמפרטורה תגיע לכחצי מיליארד קלווין, קצב בעירת הפחמן עשוי לגבור על קצב הקירור באמצעות נייטרינו.
אם האזור המחומם יהיה גדול דיו, תתחיל בו בריחה תרמו־גרעינית מקומית. גל הבעירה יתפשט בננס הלבן ועלול להוביל להתפוצצותו המלאה. החור השחור עצמו צפוי להמשיך במסלולו, ולכן יהיה קשה מאוד לזהותו לאחר האירוע.
השוואה לסופרנובות אמיתיות
במחקר קודם, שפורסם ב־2025, הדגימה אותה קבוצת חוקרים את הצתת הננס הלבן ואת התפתחות הפיצוץ. ההדמיות הפיקו סופרנובות שעקומות האור שלהן דומות לאלה של סופרנובות Ia רגילות ואף תאמו את יחס פיליפס — הקשר שבין עוצמת השיא של סופרנובה Ia לבין קצב דעיכת בהירותה.
במחקר החדש הרחיב הצוות את ההדמיות לננסים לבנים בעלי מסות ורמות מתכתיות שונות. מתכתיות היא שיעור היסודות הכבדים ממימן ומהליום בחומר שממנו נוצר הכוכב, והיא משפיעה על סוגי האיזוטופים הנוצרים בפיצוץ.
החוקרים השוו את תוצרי המודלים ליחסים בין ניקל־56 לניקל־57 שנמדדו בסופרנובות קרובות, ובהן SN 2011fe, SN 2012cg, SN 2013aa ו־SN 2014J. כמה מן המודלים התאימו ליחסים שנמדדו, ובמיוחד לסופרנובות שמקורן המשוער בננסים לבנים שמסתם נמוכה מגבול צ'נדראסקאר.
נערכה גם השוואה בין כמויות המנגן, הניקל והברזל שחזו המודלים לבין המדידות בשרידי הסופרנובות קפלר, טיכו ו־3C 397. המודלים התקרבו למדידות בשריד קפלר וב־3C 397 בתנאים מסוימים, אך לא הצליחו להסביר את שריד טיכו. לפי החוקרים, טיכו מתאים יותר למודלים מקובלים של סופרנובות Ia. הגרסה הפתוחה של המאמר ב־arXiv
התאמה בין מודל לתצפית אינה מוכיחה שהאירוע נגרם מחור שחור קדמוני. מסלולי פיצוץ אחרים יכולים להפיק עקומות אור והרכבים כימיים דומים, ולכן נדרשות חתימות ייחודיות יותר כדי להבחין בין האפשרויות.
טביעת אצבע בכימיה של שביל החלב
סופרנובות מעשירות את סביבתן ביסודות שנוצרו במהלך הפיצוץ. דורות חדשים של כוכבים נוצרים מהגז המועשר, ולכן יחסי היסודות בכוכבי שביל החלב משמרים מידע על אוכלוסיית הסופרנובות שקדמה להם.
החוקרים שילבו את תוצרי ההדמיות במודל של ההתפתחות הכימית של הגלקסיה והשוו את התוצאות למדידות של צורן, גופרית, ארגון, סידן, מנגן וניקל בכוכבים. בחלק מן ההתאמות המיטביות נדרש שיעור שאינו אפס של סופרנובות מהמסלול שמציתים חורים שחורים קדמוניים, במיוחד ביקום המוקדם.
עם זאת, גם מסקנה זו תלויה בהנחות המודל: בשכיחותם של חורים שחורים קדמוניים, בהיסטוריית היווצרות הכוכבים, בסוגי הסופרנובות האחרים ובכמויות היסודות שכל אחד מהם מייצר. משום כך לא ניתן להסיק מן ההתאמה מהו שיעור הסופרנובות שנגרמו בפועל בדרך זו.
מדידות מדויקות יותר של שרידי סופרנובות, בין השאר באמצעות מצפה קרני הרנטגן XRISM, עשויות לצמצם את טווח האפשרויות. אם יימצא בעתיד צירוף כימי או תצפיתי שקשה להסביר באמצעות התרחישים המקובלים, יהיה אפשר לבחון ברצינות רבה יותר את מעורבותם של חורים שחורים קדמוניים. הודעת מכון קוולי IPMU
שאלות ותשובות
מהו חור שחור קדמוני? עצם היפותטי שהיה עשוי להיווצר מקריסת אזורים צפופים ביקום הצעיר, ולא מקריסתו של כוכב. עד כה לא התגלתה הוכחה ישירה לקיומם של חורים שחורים כאלה.
כיצד חור שחור קטן יכול להצית ננס לבן? בעת מעברו דרך הכוכב, כוח הכבידה שלו עשוי לחמם את החומר לאורך מסלולו. אם החימום יצית בעירת פחמן בלתי נשלטת, היא יכולה להתפשט ולהוביל לסופרנובה.
האם אחת הסופרנובות שנבדקו נגרמה בוודאות מחור שחור קדמוני? לא. כמה מהמודלים מתאימים למדידות מסופרנובות מסוימות, אך תרחישי פיצוץ אחרים יכולים להסביר נתונים דומים.
כיצד אפשר לבדוק את ההשערה? באמצעות מדידות מדויקות של עקומות אור, יחסי איזוטופים והרכבם של שרידי סופרנובות, ובחיפוש אחר הבדלים שאינם מוסברים היטב במודלים המקובלים.
עוד בנושא באתר הידען
- האם החומר האפל עשוי מחורים שחורים?
- פיזיקאים: בתוך עשור ייתכן שנחזה בחור שחור קדמוני מתפוצץ
- פיצוץ כפול: לראשונה נצפו שאריות של כוכב שהתפוצץ פעמיים
- האבל צילם סופרנובה מסוג Ia במרחק 650 מיליון שנות אור
- SN 2011fe — סופרנובה בהירה בגלקסיה M101
למאמר המדעי: פתיחת המאמר המדעי
