כאשר חור שחור גדול בולע חור שחור קטן
09/07/2020
מדענים מדדו אותות המבשרים על התמזגות של חור שחור עם עצם שמימי נוסף, הקל ממנו משמעותית. לא ניתן לקבוע בוודאות אם העצם הוא חור שחור קל במיוחד או כוכב נויטרונים כבד במיוחד.
בשנים האחרונות נכנסנו לעידן חדש של גילוי חורים שחורים וכוכבי נויטרונים באמצעות גלים כבידתיים. בכמה כתבות כבר דיווחנו על הגילוי הראשון של שני חורים שחורים מתמזגים שנמדד ב-2015 [1], על הגילוי הראשון של אות אלקטרומגנטי המלווה גלים כבידתיים ב-2017 [2], והבטחנו שיבואו עוד גילויים מעניינים [3]. בגילויים הראשונים מ-2015 ואירועים דומים שבאו מאוחר יותר נמדדו שני חורים שחורים בגודל דומה המתמזגים. במדידות נוספות נצפו התמזגויות של שני כוכבי נויטרונים, שהם עצמים מאוד דחוסים (מעין גרעין אטום ענק, בגודל כמה קילומטרים), הנוצרים כאשר כוכבים מגיעים לסוף חייהם ומתפוצצים כסופרנובות [4]. הם קטנים מחורים שחורים אך דומים בגודלם זה לזה.
באופן תיאורטי, כוכב נויטרונים אינו יכול להיות כבד יותר מפי שלושה מהשמש שלנו (גוף של שלוש מסות שמש בשפת האסטרופיזיקאים), אחרת יקרוס לחור שחור. עם זאת, ישנן אי-ודאויות בתיאוריה המתארת חומר בתנאים הקיצוניים של כוכב נויטרונים, והגבול העליון יכול להיות גם שתי מסות שמש. אין גבול תחתון עבור חורים שחורים (לא בתחום של מסות שמש בכל מקרה), והם יכולים להיווצר גם במשקל של שתי מסות שמש, אם תהליך כלשהו מצליח להביא את החומר למצב מספיק דחוס. מתצפיות קודמות ידוע על כוכבי נויטרונים שכבדים עד פי שניים מהשמש, ועל חורים שחורים הכבדים פי חמישה ויותר מהשמש. לא נצפו עד כה באופן ברור עצמים שמימיים שגודלם בין שתי מסות שמש לחמש מסות שמש. תופעה זו מכונה The Mass Gap - פער המסות.
שני דיווחים חדשים מתארים מדידות של גלים כבידתיים שמקורם בהתמזגות של חור שחור כבד עם עצם שמימי נוסף, אשר פחות כבד ממנו משמעותית.
ב-12 באפריל 2019 נמדדו בשלושה גלאים (שניים בארה"ב, אחד באיטליה) אותות המבשרים על התמזגות של חור שחור כבד עם חור שחור נוסף הקטן ממנו פי שניים עד פי חמישה [5].
גילוי נוסף, שדווח עליו בכתב העת The Astrophysical Journal Letters, מתאר אירוע שהתרחש במרחק של כ-800 מיליון שנות אור מאיתנו, ואותותיו נמדדו בגלאים על כדור הארץ ב-14 באוגוסט 2019 [6]. במקרה הזה, חור שחור הכבד פי כ-23 מהשמש שלנו (גוף של 23 מסות שמש) בלע עצם שמימי נוסף, שהסתובב סביבו והיה קל ממנו פי תשעה. כלומר, חור שחור קטן, נכון? לא בהכרח.
בגילוי זה, משקלו של העצם השמימי הקטן יותר הוא פעמיים וחצי מסת השמש, בדיוק בתוך טווח אי-הוודאות לגבי הסף של קריסת כוכב נויטרונים והפיכתו לחור שחור - אז מדובר בכוכב נויטרונים כבד במיוחד, או חור שחור קל במיוחד. לא ידוע איזו מהאפשרויות היא הנכונה, מכיוון שמדידת האותות בגלאים על כדור הארץ מלמדת אותנו רק על מסת העצמים ולא על טבעם.
הזוגיות של כוכבים החיים בסמיכות עלולה להיות מסובכת למדי, עם העברה של חומר מכוכב אחד לשני, לעתים אפילו העברה הדדית, ושינויים במסלולי הכוכבים בעקבות פיצוץ של אחד מהם או של שניהם והיווצרות כוכב נויטרונים או חור שחור. אפשר לדמיין למשל את התרחיש התיאורטי הבא: אחד מהכוכבים הללו מתפוצץ בסופרנובה ונוצר כוכב נויטרונים ליד חור שחור כבד. החור השחור מונע מחלק מהגז של הפיצוץ לברוח ממערכת הכוכבים, ולפיכך כוכב הנויטרונים שואב גז מסביבתו ונהיה כבד יותר עד שהוא קורס לחור שחור קל.
בכל מקרה קיימות אי-ודאויות לגבי התהליכים האלו, כך שלא ניתן לפסול מראש תרחישים שיובילו להתמזגות של חור שחור עם עצם שמימי הקל ממנו. בינתיים לא מומלץ לשכתב את ספרי הפיזיקה, חבל על הנייר, גם אם כותרת בעיתון כלשהו רומזת לכך.
אם כן מה בלע החור השחור הגדול? האם למדנו על קיומם של חורים שחורים קטנים משהכרנו עד כה, או של כוכבי נויטרונים כבדים משהכרנו? ככל שימשיכו להצטבר הגילויים נוכל ללמוד ולהבין טוב יותר את תעלומות היקום.
מקורות:
[1] על גלים כבידתיים באתר מדע גדול, בקטנה
[2] עוד על גלים כבידתיים באתר מדע גדול, בקטנה
[3] ציידי הגלים הכבידתיים באתר מדע גדול, בקטנה
[4] כוכבים: כרוניקה של מוות ידוע מראש
[6] מאמר על הגילוי ב-14.08.2019
בוגר דוקטורט בפיסיקה בטכניון ופוסט-דוקטורט במכון לאסטרונומיה של אוניברסיטת קיימברידג' באנגליה. עוסק בחקר חייהם ומותם של כוכבים כבדים, זוגות כוכבים, וסופרנובות.
מאיירת ומציירת. היא אוהבת להפוך רעיונות לאיורים ועיצובים ייחודיים במגוון סגנונות וטכניקות. בזמנה הפנוי, היא מתרגלת יוגה וחובבת קמפינג.
