ייתכן שהחור השחור שבמרכז שביל החלב מאיץ פרוטונים לאנרגיות עצומות בעזרת אנרגיית הסיבוב שלו עצמו. חישובים חדשים מציעים לאסטרונומים דרך לגלות את התהליך באמצעות קרני גמא.
ייתכן שהחור השחור העל-מסיבי במרכז שביל החלב מאיץ חלקיקים לאנרגיות גבוהות בהרבה מאלה שמגיעים אליהן מאיצי החלקיקים החזקים ביותר בכדור הארץ. כך טוען מחקר תאורטי חדש. לפי החוקרים, סגיטריוס A* יכול לעשות זאת על ידי העברת חלק מאנרגיית הסיבוב שלו ישירות לפרוטונים. מסתו של החור השחור הזה היא כ-4,000,000 מסות שמש.
החוקרים מעריכים שהפרוטונים יכולים להגיע לאנרגיות של כמה פטה-אלקטרון-וולט (PeV). פטה-אלקטרון-וולט אחד הוא 1015 אלקטרון-וולט, כלומר מיליון מיליארד. אם כך, סגיטריוס A* עשוי להיות "פבטרון" (PeVatron) גלקטי: מאיץ חלקיקים טבעי שמסוגל לייצר את הקרינה הקוסמית האנרגטית ביותר בגלקסיה שלנו.
המחקר פורסם כמאמר מקדים בארכיון arXiv, ועדיין לא עבר ביקורת עמיתים.
כיצד חור שחור מסתובב מאיץ חלקיקים
רוב הקרינה החזקה שקשורה לחורים שחורים פעילים אינה מגיעה מהחורים השחורים עצמם. היא נפלטת מהחומר שסביבם. אבל ב-1969 הציע הפיזיקאי רוג'ר פנרוז שחור שחור מסתובב יכול גם למסור חלק מהאנרגיה שלו. המנגנון הזה נקרא "תהליך פנרוז".
התהליך מתרחש בארגוספרה. זהו אזור שבו סיבוב החור השחור מעוות את המרחב-זמן בעוצמה כזאת, שכל דבר בו חייב לנוע בכיוון הסיבוב.
אפשר לדמות את החור השחור לקרוסלה ענקית שמסתובבת במהירות וגוררת איתה את המרחב-זמן שסביבה. בתנאים מסוימים, חלקיק שנכנס לאזור הזה יכול להתפצל לשניים. חלק אחד נופל לתוך החור השחור, והחלק השני נמלט עם יותר אנרגיה ממה שהייתה לחלקיק המקורי.
האנרגיה הנוספת מגיעה מהסיבוב של החור השחור עצמו, בדומה לדחיפה שמקבל גוף מקרוסלה מסתובבת. גרסה חזקה יותר נקראת "תהליך פנרוז המגנטי" (MPP). בגרסה הזאת השדות המגנטיים מעבירים את אנרגיית הסיבוב לחלקיקים טעונים ביעילות רבה בהרבה. כך הם עשויים לשגר את החלקיקים לחלל באנרגיות גבוהות במיוחד.
נייטרונים שדועכים בארגוספרה
במחקר החדש בנו החוקרים מודל של נייטרונים שנוצרים בתגובות גרעיניות בגז החם סביב סגיטריוס A*. חלק מהנייטרונים יכולים להיכנס לארגוספרה ולדעוך שם לפרוטון, לאלקטרון ולאנטי-נייטרינו. החלקיקים הטעונים שנוצרים מגיבים עם השדה המגנטי. כך הפרוטונים עשויים להימלט עם כמות עצומה של אנרגיה.
"התוצאות שלנו מחזקות את הפירוש של סגיטריוס A* כמועמד לפבטרון גלקטי", כותבים החוקרים במאמרם.
האם קרני גמא יחשפו את התהליך הנסתר?
הפרוטונים המואצים ינועו החוצה ויתנגשו בגז הצפוף של "האזור המולקולרי המרכזי" שסביב מרכז הגלקסיה. התנגשויות כאלה יוצרות קרני גמא ונייטרינו. אלה עשויים לספק הוכחה תצפיתית למנגנון.
אסטרונומים כבר גילו קרני גמא בעלות אנרגיה גבוהה מאוד שמגיעות ממרכז הגלקסיה, אבל מקורן המדויק עדיין אינו ודאי. קשה במיוחד לאתר את מקורה של הקרינה הקוסמית, כי חלקיקיה טעונים חשמלית, והשדות המגנטיים מעקמים את מסלולם. קרני גמא, לעומת זאת, אינן מוסטות על ידי השדות האלה. לכן הן כלי חשוב לאיתור אזורים של האצת חלקיקים קיצונית.
לפי המודל, לספקטרום של קרני הגמא יהיו מאפיינים ייחודיים, שעשויים לשמש "חתימה" של התהליך. ייתכן שהם תורמים גם לקרינה שכבר נמדדה במצפים H.E.S.S. ו-HAWC. החוקרים מעריכים שמצפה קרני הגמא העתידי SWGO, שייבנה בחצי הכדור הדרומי, יוכל לבחון את כל התרחישים שבדקו. מערך הטלסקופים CTAO יוכל לבחון חלק מהם.
את המחקר ערכו חוקרים בהובלת מרינה סרמניו (Cermeño), שרובם מהאוניברסיטה האוטונומית של מדריד.
תרגום: נחום שרשבסקי. עריכה והתאמה: מערכת הידען.
מקור: SciTechDaily.
שאלות ותשובות
מהו פבטרון?
פבטרון (PeVatron) הוא מאיץ חלקיקים טבעי בחלל, שמסוגל להאיץ חלקיקים לאנרגיות של פטה-אלקטרון-וולט ויותר. אלה אנרגיות גבוהות פי מאות מאלה של מאיץ ההדרונים הגדול ב-CERN.
מהו תהליך פנרוז המגנטי?
זו גרסה של המנגנון שהציע רוג'ר פנרוז ב-1969 לחילוץ אנרגיה מחור שחור מסתובב. בגרסה המגנטית, שדות מגנטיים סביב החור השחור מעבירים את אנרגיית הסיבוב שלו לחלקיקים טעונים ביעילות גבוהה במיוחד.
איך אפשר לבדוק את ההשערה?
הפרוטונים המואצים אמורים להתנגש בגז שסביב מרכז הגלקסיה וליצור קרני גמא ונייטרינו בעלי ספקטרום אופייני. מצפים עתידיים כמו SWGO ו-CTAO יוכלו לחפש את החתימה הזאת.
המאמר המדעי
- Sgr A* as a Galactic PeVatron: Multimessenger Signatures of the Magnetic Penrose Process — arXiv (מאמר מקדים), 03.09.2026
עוד בנושא באתר הידען
- ווב זיהה מים במעטפת כוכב סמוך לחור השחור שבמרכז שביל החלב
- החור השחור במרכז שביל החלב אינו קורע כל דבר שמתקרב אליו
- כוכב כפול ליד החור השחור במרכז שביל החלב
- פרס נובל לפיזיקה 2026 לפרנסיס הלזן על IceCube
- המקור של הנייטרינו הכי אנרגטי שהתגלה אי פעם
