# התגלה החור השחור הסופר-מאסיבי הרחוק ביותר עד כה

> תגלית מרתקת מהיקום הצעיר: חוקרים גילו את החור השחור הסופר-מאסיבי המרוחק ביותר שנצפה עד כה, בתקופה של 690 מיליון שנה בלבד לאחר המפץ הגדול. החוקרים הופתעו מהמסה העצומה שלו, שעומדת על פי 800 מיליון ממסת השמש, ועדיין לא מבינים כיצד יכל לאסוף מסה רבה כל כך בתקופה כה קדומה. צוות חוקרים בינלאומי הודיע אתמול על גילוי החור השחור הסופר-מאסיבי המרוחק ביותר המוכר עד כה, שלאורו נדרשו יותר מ-13 מיליארד שנות…

- Canonical: https://www.hayadan.org.il/researchers-discover-the-most-distant-supermassive-black-hole-07121704
- Author: אליסף קוסמן
- Published: 2017-12-07T06:25:59+02:00
- Modified: 2017-12-31T15:00:41+02:00
- Sections: חורים שחורים, חלל ואסטרונומיה
- Topics: אסטרופיזיקה, היקום המוקדם, חורים שחורים, חורים שחורים במרכזי גלקסיות, חורים שחורים סופר-מאסיביים, קוואזרים, קוסמולוגיה, ראשית היקום

## Article

תגלית מרתקת מהיקום הצעיר: חוקרים גילו את החור השחור הסופר-מאסיבי המרוחק ביותר שנצפה עד כה, בתקופה של 690 מיליון שנה בלבד לאחר המפץ הגדול. החוקרים הופתעו מהמסה העצומה שלו, שעומדת על פי 800 מיליון ממסת השמש, ועדיין לא מבינים כיצד יכל לאסוף מסה רבה כל כך בתקופה כה קדומה. צוות חוקרים בינלאומי הודיע אתמול על גילוי החור השחור הסופר-מאסיבי המרוחק ביותר המוכר עד כה, שלאורו נדרשו יותר מ-13 מיליארד שנות אור להגיע אלינו, מתקופה בה היקום היה בן 690 מיליון שנה בלבד, או 5% מגילו הנוכחי (13.8 מיליארד שנה). [ממצאי המחקר](https://www.nature.com/articles/nature25180) פורסמו אתמול בכתב העת Nature. לחור השחור, שכינויו J1342+0928 (שם קוד המעיד על מיקומו בשמיים), מסה עצומה של פי 800 מיליון מהמסה של השמש שלנו. החור השחור הסופר-מאסיבי סופח חומר רב מדיסקה לוהטת המסתחררת סביבו במרכזה של גלקסיה – תופעה המכונה [קוואזר](https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%A7%D7%95%D7%95%D7%90%D7%96%D7%A8). "קוואזרים הם מבין גרמי השמיים הבהירים והמרוחקים ביותר, וקריטיים עבור הבנה של היקום הצעיר", [אמר](https://www.nasa.gov/feature/jpl/found-most-distant-black-hole) החוקר בראם ונמאנס, ממרכז מקס פלאנק לאסטרונומיה בגרמניה. לקוואזר הספציפי שבו שוכן החור השחור הסופר-מאסיבי, בהירות המשתווה לפי 40 טריליון מבהירות השמש שלנו. מרחקו העצום של הקוואזר והחור השחור במרכזו נקבע באמצעות מדידת [ההסחה לאדום](https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%94%D7%A1%D7%97%D7%94_%D7%9C%D7%90%D7%93%D7%95%D7%9D) של אורו. בתופעה המכונה [אפקט דופלר](https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%90%D7%A4%D7%A7%D7%98_%D7%93%D7%95%D7%A4%D7%9C%D7%A8), אורך גל של אור ממקור המתרחק מהצופה, "נמתך" ומשתנה לאורך גל ארוך יותר. בעקבות ההאצה בהתפשטות היקום, ככל שהעצם מרוחק יותר מאיתנו, כך הוא גם מתרחק יותר מאיתנו, ואורו מוסח יותר לאדום. ההסחה לאדום של הקוואזר המרוחק עומדת על כ-7.5, כשמשמעות הדבר היא שאורך הגל שלו כפי שנצפה מכדור הארץ הוא [פי 8.5](http://www.mpia.de/news/science/2017-14-distant-quasar?page=2) (7.5+1) ממה שהיה כשנפלט ממנו במקור לפני יותר מ-13 מיליארד שנים. תעלומת המסה של החור השחור הקדום המסה העצומה של החור השחור המרוחק והקדום הפתיעה את החוקרים. תיאוריות קיימות המסבירות כיצד נוצרים ומתפתחים חורים שחורים סופר-מאסיביים, שסופחים חומר מגז וכוכבים במרכזן של גלקסיות, לא מצליחים להסביר כיצד החור השחור גדל כה מהר, זמן קצר כל כך, במונחים קוסמולוגיים, אחרי המפץ הגדול. "איסוף כל המסה הזאת בפחות מ-690 מיליון שנים הוא אתגר עצום עבור תיאוריות של גדילת חורים שחורים סופר-מאסיביים", [אמר](http://www.mpia.de/news/science/2017-14-distant-quasar) אדוארדו בניידוס, ממרכז קרנגי בארה"ב, שהוביל את המחקר. "אם אתה מתחיל עם זרע כמו כוכב גדול, ונותן לו לגדול בקצב המקסימלי האפשרי, ומתחיל מרגע המפץ הגדול, אתה לא מסוגל ליצור משהו עם 800 מיליון מסות שמש – זה לא ריאלי", [הסביר](http://news.mit.edu/2017/scientists-observe-supermassive-black-hole-infant-universe-1206) רוברט סימקו, פרופסור לפיזיקה מ-MIT, שהשתתף במחקר. "לכן חייבת להיות דרך אחרת שבה הוא נוצר. וכיצד בדיוק זה קרה, אף אחד לא יודע". לפי החוקרים, כדי להסביר את אופן היווצרותו של חור שחור כה מאסיבי בתקופה קדומה כל כך של היקום, מודלים להיווצרות חורים שחורים סופר-מאסיביים יצטרכו להראות כי ביקום הצעיר היו יכולים להתקיים "זרעים" של חורים שחורים עם מסה של עד כ-10,000 מסות שמש, בתקופה של 65 מיליון שנה בלבד לאחר המפץ הגדול, או, לחלופין, להסביר כיצד החורים השחורים המוקדמים ביותר גדלו בקצב רב יותר מההערכה המקובלת כיום. עדות מהיקום הצעיר ייחודיותו של החור השחור נובעת גם מהתקופה שבה החוקרים משערים שבה התקיים. לאור מהקוואזר לקח יותר מ-13 מיליארד שנים להגיע לכדור הארץ, והוא נפלט ממנו כשגיל היקום היה רק בן 690 מיליון שנה, בתקופה המכונה "שלב הריוניזציה" ([Reionization](https://en.wikipedia.org/wiki/Reionization)), או "היינון מחדש" בעברית. עד כ-380,000 שנה לאחר המפץ הגדול, היקום היה חשוך לחלוטין, מפני שפוטונים היו כלואים בתוך הפלזמה הצפופה והלוהטת של חלקיקים ואלקטרונים. אולם גם לאחר שהיקום התקרר מספיק על מנת לאפשר הופעת אטומי מימן בעלי מטען חשמלי נייטרלי, והפך לשקוף לאור, הוא נותר חשוך עד אשר זרחו הכוכבים הראשונים. אז החלה התקופה המכונה "שלב הריוניזציה", [שהתקיים](http://www.mpia.de/news/science/2017-14-distant-quasar?page=2) לפני בין 13.5 ל-12.5 מיליארד שנים, כאשר האנרגיה שפלטו הכוכבים והגלקסיות הראשונים גרמה ליינון רוב אטומי המימן ביקום הצעיר - לאבד את האלקטרון שלהם. "שלב הריוניזציה היה השינוי המשמעותי האחרון ביקום, והוא נחשב לאחד מבין חזיתות המחקר האסטרופיזי", אמר בניידוס. באמצעות ניתוח ספקטרום האור שנפלט מהסביבה הסמוכה לקוואזר, החוקרים הצליחו לקבוע שבין 38 ל-77 אחוז מהמימן בסביבתו נמצא בצורה של אטומים נייטרליים, ולא של יונים. משמעות הדבר היא שסביבת הקוואזר עדיין לא הספיקה להפוך למיוננת ברובה, ושהוא התקיים בתקופת הריוניזציה – העדות [היחידה](https://www.nasa.gov/feature/jpl/found-most-distant-black-hole) שהתגלתה מתקופה קדומה זו של היקום. יש כיום מספר תיאוריות מתחרות בנוגע למתי בדיוק התרחש שלב הריוניזציה של היקום. לפי החוקרים, העדות החדשה מצביעה על כך שהריוניזציה התרחשה מאוחר יחסית בכרונולוגיה הקוסמולוגית. "זה מוסיף להבנתנו הכללית של היקום, מכיוון שזיהינו את הנקודה בזמן שבה היקום נמצא בחצי הדרך של השינוי המהיר מאד ממצב נייטרלי למצב מיונן", [אמר](http://news.mit.edu/2017/scientists-observe-supermassive-black-hole-infant-universe-1206) סימקו. "יש לנו כעת את המדידה המדויקת ביותר של התאריך בו הכוכבים הראשונים נדלקו". החיפוש אחר הקוואזר המרוחק ביותר קוואזרים מרוחקים הינם קשים לזיהוי. בשנים האחרונות, במיוחד מאז 2010, אסטרונומים הצליחו להכפיל את מספר הקוואזרים הידועים שמקורם מתקופה של כ-850 עד מיליארד שנים לאחר המפץ הגדול. כדי "לשבור את השיא" ולאתר קוואזר מרוחק מתקופה קדומה אף יותר, צוות החוקרים בהובלת אדוארדו בניידו השתמש בשיטה מורכבת ושיטתית למיפוי מיליוני מועמדים. כדי לזהות מועמדים לקוואזרים, החוקרים השתמשו בנתונים מאורכבים של מספר סקרי שמיים נרחבים, במטרה לאתר עצמים שמצד אחד הינם בהירים בתחום התת-אדום, ומצד שני בלתי ניתנים לזיהוי בתחום האור הנראה – זאת מפני שבשל אפקט דופלר, ההסחה לאדום של אור הקוואזרים המרוחקים הופכת אותם לבהירים יותר בתת-אדום. סקרי השמיים שבהם השתמשו החוקרים כללו את אלו שהפיקו [טלסקופ החלל WISE](https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%98%D7%9C%D7%A1%D7%A7%D7%95%D7%A4_%D7%94%D7%97%D7%9C%D7%9C_WISE), "הטלסקופ התת-אדום של הממלכה המאוחדת" ([UKIRT](https://en.wikipedia.org/wiki/United_Kingdom_Infrared_Telescope)) במאונה קאה בהוואי, ו"מצלמת האנרגיה האפלה" ([DECam](http://www.ctio.noao.edu/noao/node/1033)) בצ'ילה. מתוך מאות מיליוני היעדים שנצפו בסקרי השמיים הללו, החוקרים הצליחו להגיע למספר מאות מועמדים לקוואזרים. מועמדים אלו זכו לתצפיות מעמיקות יותר באמצעות מספר טלסקופים, ובמיוחד שני [טלסקופי מגלן](https://en.wikipedia.org/wiki/Magellan_Telescopes) בצ'ילה. המאמץ הסיזיפי הזה הניב בסופו של דבר גילוי של קוואזר יחיד מתקופה קדומה זו של היקום, אולם, בהתחשב בכך שהחוקרים [צופים](https://carnegiescience.edu/node/2270) שיש רק בין 20 ל-100 קוואזרים רחוקים ובהירים כמו J1342+0928 בכל רחבי השמיים, מדובר בתגלית משמעותית ביותר. גם הגלקסיה בה שוכן החור השחור מפתיעה את החוקרים באמצעות מערך טלסקופי הרדיו [NOEMA](http://iram-institute.org/EN/noema-project.php) בהרי האלפים הצרפתים והמערך הגדול מאד ([VLT](https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%94%D7%98%D7%9C%D7%A1%D7%A7%D7%95%D7%A4_%D7%94%D7%92%D7%93%D7%95%D7%9C_%D7%9E%D7%90%D7%95%D7%93)) בניו מקסיקו בארה"ב, צוות חוקרים גרמני ממכון מקס פלאנק לאסטרונומיה בחן את מאפיינה של הגלקסיה בה שוכן החור השחור הסופר-מאסיבי. הם פרסמו את [ממצאיהם](http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa943a/meta) במאמר נלווה למאמר הראשי בכתב העת The Astrophysical Journal Letters. החוקרים גילו להפתעתם שהגלקסיה, שגם היא כמובן מאותה תקופה קדומה של 690 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול, מכילה כמויות גבוהות מאד של אבק ויסודות כבדים. עקב בהירותו העצומה של הקוואזר במרכז הגלקסיה, החוקרים לא מסוגלים לצפות באור הכוכבים שלה ישירות, לפחות לא בטלסקופים קיימים. למרות זאת, העובדה שהיא מכילה כמות גבוה יותר של יסודות כבדים, שנוצרים במרכזיהם של כוכבים, מעידה שהגלקסיה מכילה כנראה כמות גבוהה של כוכבים. מסת כלל הכוכבים של הגלקסיה המרוחקת משתווה, כך לפי הערכה שהחוקרים [מזהירים](http://www.mpia.de/news/science/2017-14-distant-quasar?page=2) כי אינה מדויקת לגמרי, לכ-20 מיליארד פעמים המסה של השמש שלנו. אם משווים זאת לגלקסיית שביל החלב, שמסת כלל הכוכבים בה עומדת על בין 40 ל-60 מיליארד פעמים מסת השמש, מדובר בכמות כוכבים רבה מאד, בוודאי בתקופה כל כך צעירה של היקום. תגלית זו בנוגע לגלקסיה המכילה את הקוואזר המרוחק תאפשר, לפי החוקרים, לחדד ולדייק מודלים קיימים בנוגע להיווצרות גלקסיות. "מודלים של אבולוציית גלקסיות יצטרכו להסביר כיצד גלקסיה מסוגלת ליצור את הכוכבים הנדרשים כדי להפיק את הכמויות הנצפות של אבק ויסודות כימיים כבדים במשך זמן קצר כל כך יחסית", אמר החוקר בראם ונמאנס ממכון מקס פלאנק לאסטרונומיה. מה הלאה? החור השחור הסופר-מאסיבי, כמו גם הגלקסיה בה הוא שוכן, יהפכו כעת ליעד לתצפיות המשך. כבר עתה אושרו מספר תצפיות, באמצעות טלסקופ החלל האבל שיצפה בקוואזר בתחום התת-אדום הקרוב, טלסקופ החלל שפיצר בתחום התת-אדום וטלסקופ החלל צ'נדרה שיצפה בו בקרני X. בנוסף, אושרו תצפיות במערך טלסקופי הרדיו [ALMA](https://en.wikipedia.org/wiki/Atacama_Large_Millimeter_Array) במדבר אטקמה בצ'ילה, על מנת להמשיך ולחקור את הגלקסיה המארחת של הקוואזר. מצפה החלל שנחשב ליורשו העתידי של טלסקופ החלל האבל, [טלסקופ החלל ג'יימס ווב](https://he.wikipedia.org/wiki/%D7%98%D7%9C%D7%A1%D7%A7%D7%95%D7%A4_%D7%94%D7%97%D7%9C%D7%9C_%D7%92%27%D7%99%D7%99%D7%9E%D7%A1_%D7%95%D7%91), שצפוי להיות משוגר בשנת 2019 לחלל, יסייע רבות במחקר העתידי הן של הקוואזר הספציפי הזה והן של היקום הצעיר. הטלסקופ יצפה בחלל בתחום התת-אדום במטרה לאפשר לו להסתכל רחוק ככל האפשר, ו[לחשוף עדויות](https://jwst.nasa.gov/science.html) מכוכבים וגלקסיות מתקופה קדומה אף יותר של היקום, של עד לפני כ-13.5 מיליארד שנים. - [למאמר הראשי בכתב העת Nature](https://www.nature.com/articles/nature25180) ([לגרסה פתוחה ב-arxiv](https://arxiv.org/pdf/1712.01860.pdf)) - [למאמר הנלווה בכתב The Astrophysical Journal Letters](http://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/aa943a/meta) - [להודעה באתר נאס"א](https://www.nasa.gov/feature/jpl/found-most-distant-black-hole) - [להודעה מפורטת באתר מכון מקס פלאנק](http://www.mpia.de/news/science/2017-14-distant-quasar?page=2) ראו עוד בנושא באתר הידען: - [כיצד חורים שחורים זוללים כוכבים](https://www.hayadan.org.il/how-black-holes-eat-stars-2209176) - [מחקר חדש מגלה כי היקום המוקדם התפשט הרבה יותר מהר מאשר היום](https://www.hayadan.org.il/faster-than-expected-expansion-of-the-universe-2901178) - [שיטה המשפרת משמעותית מדידת מסת חורים שחורים במרכזי גלקסיות](https://www.hayadan.org.il/astronomers-develop-a-method-that-significantly-improves-the-mass-measurement-of-supermassive-black-holes-2211171) - [התגלתה הגלקסיה הרחוקה ולפיכך גם העתיקה ביותר עד כה](https://www.hayadan.org.il/farthest-galaxy-detected-0509154) - [מדוע הגלקסיות ביקום המוקדם מתו צעירות](https://www.hayadan.org.il/why-early-universe-galaxies-died-young-1704158)