הנה ההיסטוריה המדהימה של המדע שהובילה לתמונת החור השחור הראשון אי פעם

תמונת רנטגן M87* וצ'נדרה של גלקסיית M87. (שיתוף פעולה של EHT; נאס'א/CXC/אוניברסיטת וילאנובה/ג'יי נילסן)

התמונה הראשונה של סופר מסיבי חור שחור במרכזה של גלקסיה מראה כיצד, במובן מסוים, צפינו בבלתי נראה.

ה תמונה רפאים היא מפת עוצמת הרדיו של הפלזמה הזוהרת שמאחורי, ולכן מצללת, את החור השחור אופק אירועים ' - גלימת ההיעלמות הכדורית סביב חור שחור שאפילו אור לא יכול לברוח ממנו.

'תצלום הרדיו' הושג על ידי שיתוף פעולה בינלאומי הכולל יותר מ-200 מדענים ומהנדסים שקישרו כמה מטלסקופי הרדיו המסוגלים ביותר בעולם כדי לראות ביעילות את החור השחור הסופר-מאסיבי בגלקסיה המכונה M87.



אז איך לעזאזל הגענו לנקודה הזו?

מתוך 'כוכבים אפלים'

זה היה האסטרונום האנגלי ג'ון מישל אשר בשנת 1783 ניסח לראשונה את הרעיון של 'כוכבים אפלים' כה צפוף עד כדי כך שאי אפשר יהיה לברוח ממנו את כוח המשיכה שלהם - גם אם במקרה היית פוטון המסוגל לנוע במהירות האור.

דברים עברו כברת דרך מאז אותה תובנה חלוצית.

בינואר השנה, אסטרונומים פרסם תמונה של הפליטה המגיעה ממקור הרדיו המכונה Sagittarius A*, האזור המקיף מיד את חור שחור סופר מאסיבי במרכז הגלקסיה שלנו.

באופן מרשים, לתמונה ההיא היו פרטים בקנה מידה עד פי תשעה בלבד מגודל אופק האירועים של החור השחור.

עכשיו, טלסקופ אופק האירועים ( EHT ) הצליחה לפתור את אופק האירועים סביב החור השחור העל-מאסיבי ב-M87, גלקסיה קרובה יחסית שממנה לוקח לאור 55 מיליון שנות אור להגיע אלינו, בשל המרחק שלה.

מדענים השיגו את התמונה הראשונה של חור שחור, באמצעות תצפיות טלסקופ אופק אירועים של מרכז הגלקסיה M87. התמונה מציגה טבעת בהירה שנוצרה כאשר אור מתכופף בכוח הכבידה האינטנסיבי סביב חור שחור שמסיבי פי 6.5 מיליארד מהשמש pic.twitter.com/AymXilKhKe

— Event Horizon 'Scope (@ehtelescope) 10 באפריל, 2019

דמויות אסטרונומיות

עצמים אסטרונומיים מגיעים עם דמויות אסטרונומיות, והמטרה הזו אינה יוצאת דופן.

לחור השחור של M87 יש מסה שהיא פי 6.5 מיליארד מזו של השמש שלנו, שהיא עצמה פי שליש ממיליון מסה של כדור הארץ. לאופק האירועים שלו יש רדיוס של כ-20 מיליארד קילומטרים, יותר מפי שלושה מהמרחק של פלוטו מהשמש שלנו.

עם זאת, זה רחוק, וההישג ההנדסי המדהים הנדרש כדי לראות מטרה כזו דומה לניסיון לצפות באובייקט בגודל מילימטר אחד ממרחק של 13,000 קילומטרים (8,000 מיילים).

התוצאה הראויה לפרס נובל אינה, כמובן, גילוי מקרי, אלא מדידה הבנויה על דורות של תובנות ופריצת דרך.

תחזיות ללא התבוננות

בתחילת שנות ה-1900 חלה התקדמות ניכרת לאחר שאלברט איינשטיין פיתח את תיאוריות היחסות שלו. משוואות מתמשכות אלו מקשרות בין מרחב וזמן, ומכתיבות את תנועת החומר שבתורה מכתיבה את שדות הכבידה והגלים במרחב הזמן.

זמן קצר לאחר מכן, בשנת 1916, הבינו האסטרונומים קארל שוורצשילד ויוהנס דרוסטה באופן עצמאי שמשוואות איינשטיין הולידו פתרונות המכילים 'סינגולריות מתמטית', נקודה בלתי ניתנת לחלוקה בעלת נפח אפס ומסה אינסופית.

בחקר התפתחות הכוכבים בשנות ה-20 וה-30 של המאה ה-20, הפיזיקאים הגרעיניים הגיעו למסקנה הבלתי נמנעת לכאורה שאם יהיו מספיק מסיביים, כוכבים מסוימים יסיימו את חייהם בקריסה כבידה קטסטרופלית שתגרום לייחודיות וליצירת 'כוכב קפוא'.

מונח זה שיקף את הטבע היחסי המוזר של הזמן בתיאוריה של איינשטיין. באופק האירועים, הגבול הידוע לשמצה של האל-חזור המקיף כוכב כה ממוטט, יופיע הזמן לקפוא עבור צופה חיצוני.

בעוד שההתקדמות בתחום מכניקת הקוונטים החליפה את רעיון הסינגולריות בנקודה קוונטית מביכה באותה מידה אך סופית, פני השטח והפנים האמיתיים של חורים שחורים נותר תחום מחקר פעיל כיום.

בעוד שהגלקסיה שלנו עשויה להכיל מיליוני חורים שחורים בעלי מסה כוכבית של ג'ון מישל - שאנו יודעים את מקום הימצאם של תריסר לערך - אופקי האירועים שלהם קטנים מכדי לצפות בהם.

לדוגמה, אם השמש שלנו הייתה מתמוטטת אל חור שחור, רדיוס אופק האירועים שלה יהיה רק ​​3 ק'מ (1.9 מיילים). אבל ההתנגשות של חורים שחורים בעלי מסה כוכבית בגלקסיות אחרות הייתה זוהה בצורה מפורסמת באמצעות גלי כבידה .

מחפש משהו סופר מאסיבי

המטרות של ה-EHT קשורות אפוא לחורים השחורים העל-מסיביים הממוקמים במרכזי הגלקסיות.

המונח חור שחור נכנס לשימוש רק באמצע שנות השישים עד סוף המאה הקודמת, כאשר אסטרונומים החלו לחשוד ש'כוכבים אפלים' מסיביים באמת הניעו את הגרעינים הפעילים ביותר של גלקסיות מסוימות.

תיאוריות רבות להיווצרותם של חורים שחורים מסיביים במיוחד אלה. למרות השם, חורים שחורים הם עצמים, ולא חורים במרקם המרחב-זמן.

בשנת 1972, רוברט סנדרס ותומס לוינגר חישב שמסה צפופה השווה לכמיליון מסות שמש שוכנת במרכז הגלקסיה שלנו.

עד 1978, וולאס סרג'נט ועמיתיו קבעו שמסה צפופה פי חמישה מיליארד מהמסה של השמש שלנו נמצאת במרכז הגלקסיה הסמוכה M87.

אבל המסות האלה, שתוקנו מעט מאז, אולי היו פשוט נחיל צפוף של כוכבי לכת וכוכבים מתים.

בשנת 1995, קיומם של חורים שחורים אושר בתצפית על ידי Makoto Miyoshi ועמיתיו . באמצעות התערבות רדיו, הם זיהו מסה במרכז הגלקסיה M106, בנפח כה קטן שהוא יכול להיות רק, או בקרוב יהפוך, לחור שחור.

כיום, בסביבות 130 חורים שחורים סופר-מסיביים כאלה במרכזי גלקסיות סמוכות, המסות שלהם נמדדו ישירות ממהירויות המסלול והמרחקים של כוכבים וגז המקיפים את החורים השחורים, אך עדיין לא בספירלת מוות לתוך מכבש הכבידה המרכזי.

למרות המדגם המוגדל, לשביל החלב ול-M87 שלנו עדיין יש את אופקי האירועים הגדולים ביותר כפי שניתן לראות מכדור הארץ, וזו הסיבה שהצוות הבינלאומי רדף אחר שתי המטרות הללו.

הצללית המוצלת של החור השחור ב-M87 היא אכן תמונה מדעית מדהימה. אמנם חורים שחורים יכולים ככל הנראה לעצור את הזמן, אך יש להכיר בכך שכוח הניבוי של המדע, בשילוב עם דמיון אנושי, כושר המצאה ונחישות, הוא גם כוח טבע יוצא דופן.

אליסטר גרהם , פרופסור לאסטרונומיה, אוניברסיטת סווינבורן לטכנולוגיה .

מאמר זה פורסם מחדש מ השיחה תחת רישיון Creative Commons. קרא את ה מאמר מקורי .

אודותינו

פרסום עובדות עצמאיות ומוכחות של דיווחים על בריאות, מרחב, טבע, טכנולוגיה וסביבה.