החור השחור הרדום הרחוק ביותר, כמעט בלתי נראה, זוהה ו"נשקל" על ידי צוות אסטרונומים בינלאומי. במחקר שפורסם בכתב העת Science, זיהו החוקרים את החור השחור הרדום בלב גלקסיה בשם MRG-M0138. הוא ממוקם במרחק של יותר מ-10 מיליארד שנות אור, מה שהופך אותו לחור השחור הרדום הרחוק ביותר שהתגלה עד כה, פי 15 רחוק יותר מהתיעוד הקודם. מסת החור השחור נאמדת בערך פי 6 מיליארד ממסת השמש, והוא נצפה בתקופה שבה היקום היה בן כ-3 מיליארד שנים בלבד, כרבע מגילו הנוכחי. על כן, גילויו מספק פרטים חסרי תקדים על חורים שחורים ביקום המוקדם.
3 צפייה בגלריה
MRG-M0138 ממוקמת מאחורי צביר גלקסיות עצום, מה שמגדיל ומותח את מראהו. כתוצאה מכך, הגלקסיה הרחוקה נראית גדולה פי 30 ממה שהיא נראית בדרך כלל
(צילום: NASA/JWST)
כדי לגלות זאת, הצוות השתמש בנתונים מטלסקופ החלל ג'יימס ווב של נאס"א. באמצעותו הם עקבו אחר תנועת הכוכבים המקיפים את החור השחור, שאחרת היה בלתי נראה, כדי למדוד את המסה שלו. למרות שהטכניקה – המכונה דינמיקת כוכבים – שימשה למדידת חורים שחורים רדומים בגלקסיות קרובות הרבה יותר לכדור הארץ, זו הפעם הראשונה שהיא שימשה לשקילת חורים שחורים הממוקמים במרחק כה גדול.
פרופ' ריצ'רד אליס, מהמחלקה לפיזיקה ואסטרונומיה בקולג' האוניברסיטאי של לונדון, שעמד בראש צוות המחקר, אמר שקביעת האופן שבו כוכבים נעים יחד בתוך ליבת הגלקסיה הרחוקה הזו אפשרה את מדידת המסה של החור השחור הסופר-מאסיבי שלה, שאחרת לא היה ניתן לגילוי. "על ידי הדגמת ההיתכנות של טכניקה כזו עבור גלקסיות ביקום המוקדם, אנו יכולים כעת לבצע מפקד אוכלוסין מלא יותר של האופן שבו חורים שחורים מתפתחים לאורך זמן ולהסיק את תפקידם בעיצוב התפתחות הגלקסיות", אמר פרופ' אליס.
למרות שחורים שחורים עצמם אינם פולטים אור, חומר גזי שנשאב לתוכם יכול לפלוט כמות גדולה של קרינה. נהוג לכנותם קוואזרים – העצמים המאירים והאנרגטיים ביותר ביקום. מדובר בגרעינים סוערים של גלקסיות מרוחקות, המונעים על ידי חור שחור סופר-מאסיבי, מה שמקל את זיהוים. עם זאת, החור השחור הסופר-מאסיבי ב-MRG-M0138 רדום. מכיוון שאין חומר גזי הנשאב לתוכו, ניתן להסיק את נוכחותו רק מתנועותיהם של כוכבים סמוכים.
3 צפייה בגלריה
טלסקופ החלל ג'יימס ווב ועידוש כבידתי אפשרו לצוות אסטרונומים בינלאומי למדוד לראשונה את המסה של חור שחור רדום מהיקום המוקדם
(צילום: Navid Marvi/Carnegie Science)
מהירות תנועתם וההבדלים בין תנועות הכוכבים הקרובים לחור השחור לאלו הרחוקים יותר אפשרו לחוקרים לחשב במדויק את מסת החור השחור. זוהי טכניקה דומה לזו ששימשה למדידת המסה של החור השחור במרכז הגלקסיה שלנו – שביל החלב – וכמה גלקסיות סמוכות אחרות. עם זאת, זו הפעם הראשונה שהיא משמשת על עצם במרחק כה גדול. בעבר, הגלקסיה הרחוקה ביותר שנחקרה באופן דומה בטכניקה זו הייתה במרחק של 700 מיליון שנות אור בלבד.
בדרך כלל, תנועות הכוכבים בגלקסיה כה רחוקה היו בלתי אפשריות לצפייה, אך הצוות התגבר על כך באמצעות זכוכית מגדלת קוסמית טבעית המכונה עידוש כבידתי – תופעה אסטרופיזיקלית שבה האור המגיע מעצם מרוחק מתעקם ומתעוות כשהוא עובר ליד גוף מאסיבי מאוד בדרכו אלינו. הגוף המאסיבי פועל כמו זכוכית מגדלת קוסמית, ומאפשר לראות עצמים רחוקים וחלשים שהיו בלתי נגישים לתצפית אחרת. באמצעות זכוכית מגדלת זו, הצליחו החוקרים לשחזר את הפרטים הפנימיים של הגלקסיה הרחוקה ברזולוציה גבוהה בהרבה ממה שהיה אפשרי אחרת. "על ידי שילוב נתוני ג'יימס ווב עם עידוש כבידתי, יכולנו להציץ אל תוך תחום ההשפעה של החור השחור, שם כוח המשיכה שלו מגביר את מהירויות הכוכבים. זוהי אחת הטכניקות הטובות ביותר שיש בידינו כדי לשקול חור שחור, ולכן התרגשנו להרחיב אותה לתקופה מוקדמת בהרבה בהיסטוריה הקוסמית", אמר ד"ר אנדרו ניומן, ממכון קרנגי למדע בפסדינה שבקליפורניה, שנמנה עם מחברי המחקר.
רק כמה חורים שחורים רדומים בעלי מסה כה גדולה נמצאו בעבר, אך כולם קרובים בהרבה. התגלית מספקת רמזים חדשים לגבי האופן שבו חורים שחורים וגלקסיות צמחו יחד ביקום המוקדם. גלקסיות מקומיות חשפו קשר הדוק בין המסות שלהן לבין אלו של החורים השחורים המרכזיים שלהן, אך נדרשים נתונים נוספים מתקופות קוסמיות מוקדמות יותר עבור חורים שחורים סופר-מאסיביים פעילים ורדומים כאחד כדי להבין באופן מלא את הקשר הזה.
החוקרים גילו כי לא רק שהחור השחור עצמו רדום, אלא שהפעילות דעכה גם בגלקסיה סביבו, שכן היא ואינה יוצרת עוד כוכבים חדשים. סביר להניח ש-MRG-M0138 אירחה בעבר קוואזר רב עוצמה. החוקרים סבורים שכאשר החור השחור נוצר לראשונה וגדל במהירות, האנרגיה ששחרר שרפה או פלטה את הגז הקריטי להיווצרות כוכבים חדשים. כעת, הציפייה היא שתצפיות נוספות מג'יימס ווב ומטלסקופי חלל אחרים יחשפו חורים שחורים רדומים רבים נוספים מהיקום המוקדם. תובנות אלו ישפכו אור על תפקידם בעצירת היווצרות כוכבים, וכן כיצד חורים שחורים רדומים יכולים להתחדש כאשר כמויות גדולות של חומר מתחילות לזרום לתוכם.
