במרכז הגלקסיה שלנו, שביל החלב, שוכן חור שחור ענקי, או סופר-מסיבי, כפי שהפיזיקאים מכנים זאת, בשם סגיטריוס A*. מדובר בגרם שמיים עצום, שהמסה שלו גדולה פי ארבעה מיליון מהשמש שלנו, ונמצא כ-27 אלף שנות אור מאיתנו. למרות גודלו האדיר וקרבתו היחסית אלינו, הידע שלנו עליו מועט להפליא. עצם קיומו הוכח רק לפני כשלושה עשורים, גילוי שזיכה שניים מהחוקרים - אנדראה גז (Ghez) וריינהרד גנצל (Genzel) - בפרס נובל בפיזיקה ב-2020. רק ב-2022 פורסם צילום ראשון של האזור סביב החור השחור הזה, והשאלות הפתוחות לגביו עדיין רבות. בין השאר אנו לא יודעים איך הוא נוצר ובאיזו מהירות הוא מסתובב סביב עצמו.
השינויים הקטנים במסלול הכוכב, בהשפעת היחסות הכללית, מאפשרים למדוד את תכונותיו של החור השחור הסופר-מסיבי, בהן הסיבוב העצמי. מדידות מיקום של הכוכב ותחזיות מסלולים בהשפעת סיבוב עצמי שונה של החור השחור
(איור: ESO/GRAVITY collaboration/L. Calçada)
מחקר חדש בהשתתפות מדענים ישראלים עשוי לסלול את הדרך למענה על השאלות האלה, בזכות גילוי של כוכב לא מוכר, סמוך מאוד לחור השחור העצום הזה. "זה כנראה הגילוי הכי חשוב של כוכב במרכז הגלקסיה מאז הגילוי של הכוכב הראשון שם, S2, והשימוש בו לזיהוי ומדידת החור השחור במרכז הגלקסיה – גילוי שזיכה את גנצל וגז בפרס נובל", אמר פרופ’ חגי פרץ מהפקולטה לפיזיקה בטכניון ואחד משלושת המדענים הישראלים החתומים על המאמר, לצד פרופ’ צבי פירן ופרופ’ ראם סרי מהאוניברסיטה העברית, וחוקרים רבים נוספים בהם גנצל עצמו. "הוא יאפשר לנו למדוד תכונות של החור השחור, כמו הסיבוב העצמי שלו, בצורה ישירה שלא נעשתה מעולם".
איך חור שחור סופר-מסיבי נוצר
הכוכב S301 התגלה בתצפית של מצפה הכוכבים האירופי הדרומי, ESO, הממוקם בצ’ילה. הגילוי התאפשר בזכות מכשיר בשם +Gravity, שעושה שימוש בארבעה טלסקופים, כל אחד בקוטר שמונה מטרים, שפועלים יחד כמכשיר אחד, מה שמקנה יכולת הפרדה (רזולוציה) כמו של טלסקופ בעל מראה בקוטר 130 מטרים. ברזולוציה כזו אפשר לזהות כוכבים בודדים במרחק אלפי שנות אור, וגם במרכז הגלקסיה.
כך תועד החור השחור שבמרכז שביל החלב
(צילום: מצפה הכוכבים האירופי הדרומי ESO)
מכיוון שסביב החור השחור יש אבק רב, החוקרים השתמשו בתצפיות באורכי גל תת-אדומים, שחודרים דרך האבק הזה. זיהוי הכוכב החדש למדע דרש כמה שנים של תצפיות, כדי לאמת שאכן מדובר בכוכב ולחשב את מסלולו. עד כה זוהו כ-300 עצמים במסלולים סביב החור השחור במרכז הגלקסיה שלנו, אבל ייחודו של S301 הוא קרבתו הרבה לחור השחור.
עוד כתבות באתר מכון דוידסון לחינוך מדעי:
אלרגיה למזון: מגע של האלרגן בעור לא גרם לתגובה מסוכנת
כתב סתרים עם כורכום
ניקוי יסודי למערכת החיסון
הכוכב שהתגלה משלים הקפה סביב החור השחור החור ב-8.7 שנות ארץ, ועושה זאת במסלול אליפטי מאוד: המרחק המרבי שלו מהחור השחור גדול פי מאה מהמרחק בנקודה הקרובה ביותר אליו. אבל בנקודה הזו, הקרובה ביותר, הוא חולף רק 1.7 מיליארד קילומטרים מהחור השחור.
שנים של תצפיות. מיקומים של הכוכב S301 סביב החור השחור שתועדו בין 2021 ל-2025 ואיפשרו לחשב את מסלולו
(איור: ESO/GRAVITY collaboration)
הגילוי החשוב ביותר של כוכב במרכז הגלקסיה מאז הגילוי שאישר את קיומו של החור השחור עצמו. מימין למעלה, עם כיוון השעון: ריינהרד גנצל, צבי פירן, חגי פרץ וראם סרי
( צילומים: ראם סרי, חגי פרץ, Uvga, Pavel Hrdlička, Wikipedia)
"במרחק כזה מעצם סופר-מסיבי, המסלול של הכוכב מושפע מאפקטים של יחסות כללית. אם נמדוד את המסלול שלו בשתי הקפות נוכל לראות את השינויים שהיחסות הכללית גורמת במסלול שלו", הסביר פרופ’ ראם סרי ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית בירושלים. "שינוי האליפסה תלוי גם בספין של החור השחור, ומדידת המסלול של הכוכב במשך 10 או 16 שנים תאפשר לחשב את הסיבוב העצמי שלו. זה יאפשר לנו להבין איך הוא נוצר. אם למשל הוא נוצר ממיזוג של שני חורים שחורים ענקיים, נצפה לספין מהיר מאוד. אבל אם זו הייתה סדרת מיזוגים של הרבה חורים שחורים קטנים, הספין יהיה הרבה יותר איטי".
מה הוא עושה שם
הכוכב S301 הוא גרם שמיים קטן יחסית – החוקרים מעריכים שהוא רק קצת יותר גדול מהשמש שלנו. אחת השאלות שמסקרנות את המדענים הוא כיצד כוכב כזה נקלע לקירבה כה גדולה לחור שחור ענקי. “הסביבה שהוא נמצא בה אינה מתאימה ללידה של כוכבים, ואחד ההסברים המקובלים הוא שמשיכת הכבידה של כוכבים שחלפו לידו שינתה מדי פעם את מסלולו, עד שהביאה אותו לאזור הזה”, הסביר סרי. “עם זאת, התיאוריה הזו לא יכולה לדעתי להסביר את הימצאותו כל כך קרוב לחור השחור. ההסבר שלנו הוא שהכוכב הזה היה חלק ממערכת בינארית, של שני כוכבים שחגים זה סביב זה. החור השחור פירק את הזוג הזה, העיף את אחד הכוכבים למרחק רב, מחוץ למרכז הגלקסיה, ו’שבה’ את השני קרוב אליו”.
מעבדה לחקר גבולות הידע. טלסקופים בקוטר שמונה מטרים כל אחד, שמתפקדים יחד כטלסקופ בגודל 130 מטרים, עם כושר הפרדה שמאפשר לראות כוכב בודד במרחק עשרות אלפי שנות אור. הטלסקופים של +Gravity במצפה הכוכבים פרנל של ESO בצ'ילה
(צילום: A. Berdeu/ESO)
לפני שבועות אחדים התפרסם מאמר של פרופ' סרי ותלמיד מחקר שלו, כיום ד"ר ברק רום, שמסביר כיצד הפרדה כזו של זוגות בינאריים, בהשפעת חור שחור, מאכלסת את מרכז הגלקסיה בכוכבים חדשים. בעוד כוכב אחד נזרק ממרכז הגלקסייה, החור השחור מושך את האחר קרוב יותר אליו ממה שהיה הצמד לפני כן. לעומת זאת, התנגשויות בין כוכבים מדללות את אוכלוסיית הכוכבים סביב מרכז הגלקסיה.
כמה שנים קודם לכן תיארו פרץ ותלמידת מחקר שלו, כיום ד"ר יעל רווה, תצפית על כוכב שטס במהירות-על (Hyper-velocity) מכיוון מרכז הגלקסיה. במאמר שפרסמו ב-2021 הם העריכו כי הכוכב הזה הוא מחצית מצמד שנפלט במנגנון כזה בגלל הכוחות של החור השחור, וחישבו את המסלול האפשרי ותכונות נוספות של בן הזוג שנותר מאחור, המתאים, לדברי פרץ, גם ל-S301. "אם אכן הכוכב שגילינו אז הוא בן הזוג של S301, אנו יכולים להעריך שהם הופרדו לפני כ-5 מיליון שנה, פרק זמן קצר מאוד במונחים קוסמולוגיים, וללמוד מכך על ההיסטוריה של הסביבה הזו".
סודות של חורים שחורים
החור השחור במרכז הגלקסיה שלנו אינו היחיד שאנו לא יודעים לגביו הרבה, בעיקר בקטגוריה המסקרנת של חורים שחורים על-מסיביים במרכזי גלקסיות. אין לנו, למשל, מדידות ספין מהימנות על שום חור שחור כזה. "אפשר עקרונית לחשב את מהירות הסיבוב העצמי של חורים שחורים כאלה לפי פליטת הקרינה של הגז שמקיף אותם, אבל אלה חישובים שדורשים הרבה מאוד פרשנות, בעוד מדידת הספין לפי המסלול של S301 תהיה הרבה יותר מדויקת", הסביר סרי. "הבנה איך חורים שחורים כאלה נוצרים אולי תסייע לנו גם להבין למה יש חורים שחורים עצומים וחורים שחורים קטנים, אבל אנו לא רואים חורים שחורים בגדלי ביניים".
הדמיה של החור השחור העל-מאסיבי קשת A*, עם דיסקת הספיחה שמקיפה אותו
(איור: NASA, ESA, CSA, Ralf Crawford (STScI)/Handout, Reuters)
במחקר ההמשך, צוות +Gravity עמלים על חיפוש כוכבים נוספים סמוך לחור השחור במרכז שביל החלב. "ככל שהרזולוציה של התצפיות משתפרת אפשר לגלות עוד כוכבים כאלה ולחקור את מסלוליהם", אמר נצר. "אנו מעריכים שיכולים להיות עוד עשרות או מאות כוכבים סביב החור השחור, חלקם אפילו קרובים אליו קצת יותר מ-S301. זה יאפשר לנו לבצע מדידות יותר מדויקות של החור השחור עצמו, כמו הספין שלו, המסה שלו, ואפילו המרחק המדויק שלנו ממרכז הגלקסיה. במבט רחב יותר, אפשר ללמוד מזה על סביבת החור השחור, ואיך כוכבים אחרים וחורים שחורים אחרים משפיעים עליה. זאת מעבדה קרובה אלינו יחסית שמאפשרת לנו להבין מה קורה בגלקסיות אחרות. לטווח רחוק עוד יותר, אפשר אפילו למדוד בעזרתה אם יש אי דיוקים ביחסות הכללית, משום שבסביבות כאלה הכבידה מגיעה לנקודות הקצה שלה, וזה גם קצה הידע שלנו".
"זה גילוי מרגש מאוד", סיכם סרי. "הוא מאשש את ההערכות שלנו על זוגות בינאריים שמתפרקים בהשפעת החור השחור, ואני מצפה שנמצא עוד כמה כאלה, והם ישכללו את יכולת המדידה שלנו. מלהיב מאוד לראות את הדברים משתנים במרכז הגלקסיה שלנו, ולהבין טוב יותר מה קורה שם".
איתי נבו, מכון דוידסון לחינוך מדעי, הזרוע החינוכית של מכון ויצמן למדע
