פרס נובל לפיזיקה השנה הוענק לרוג'ר פנרוז (Penrose), אנדראה גז (Ghez) וריינהרד גנצל (Genzel), על גילויים הקשורים בחורים שחורים. פנרוז קיבל את מחצית הפרס על תרומתו להבנה התאורטית של היווצרות חורים שחורים, וגנצל וגז חולקים את מחציתו השנייה על גילוי החור השחור העל-מסיבי שבמרכז הגלקסיה שלנו.

תורת היחסות הכללית של איינשטיין חוזה שקיימים עצמים כה צפופים שדבר, אפילו אור, לא יכול לחמוק מפניהם - מה שזיכה אותם בשם "חורים שחורים". איינשטיין עצמו התקשה להאמין בקיומם של עצמים אלו בטבע, והתייחס לרעיון כקוריוז מתמטי גרידא. פרס נובל לפיזיקה ניתן השנה עבור תגליות במישור התיאורטי ובמישור התצפיתי שמצביעות על קיומם של חורים שחורים (ומראות שגם איינשטיין יכול לטעות).

הפקפוק ההתחלתי בקיומם של חורים שחורים מובן. בתחילה, ידעו לחקור עצמים אלו רק תחת ההנחה המפשטת של סימטריה כדורית - כלומר, בהנחה שהחומר שקורס כבידתית ליצירת חור שחור שומר על צורה של כדור מושלם. אבל זו אינה הנחה מציאותית - בטבע, מאוד לא סביר למצוא סימטריה כדורית מושלמת. האם חור שחור, שבליבו סינגולריות (נקודה בודדת של צפיפות אינסופית), יכול להווצר גם אם זונחים את ההנחה הזו? במילים אחרות, האם סימטריה כדורית מושלמת הכרחית להווצרות חור שחור, מה שיעשה אותו לבלתי מציאותי ביקום בו אנו חיים?

בשנת 1964 התיר פנרוז את הקשרים בהם היו מסובכים החוקרים עד לאותה עת. בעבודתו [2], פנרוז הוכיח שגם סטייה מסימטריה כדורית תוביל ליצירת חור שחור ולקריסה אל סינגולריות. כלומר, פנרוז הסיר הנחות לא נחוצות והראה שהיווצרות חורים שחורים תיתכן במציאות, בתנאים כלליים מאוד. בכך, הביא פנרוז את החורים השחורים מן התאוריה העיונית לתאוריה המעשית, ואל פתחה של האסטרופיזיקה התצפיתית.

לצורך ההוכחה, המציא ושכלל פנרוז כלים מתמטיים מהפכניים שמשמשים במחקר עד היום. 

רק כמה חודשים אחרי שיצא המאמר פורץ הדרך של 1964, הצטרף סטיבן הוקינג למאמץ המחקרי עם הרחבת תורתו של פנרוז. בעשור שלאחר מכן, הביאו השניים להבשלה של תורת היחסות הכללית והצעידו את ההבנה המתמטית של חורים שחורים ושל תחילת היקום צעד ענק קדימה.

כשלושים שנים לאחר פרסום המאמר של פנרוז על האפשרות לקיומם של חורים שחורים, שתי קבוצות מחקר נפרדות, בראשות אנדראה גז וריינהרד גנצל, מדדו באמצעות תצפיות אסטרונומיות מדויקות את תנועתם של כוכבים במרכז הגלקסיה שלנו [3,4].

על פי המדידות הסיקו החוקרים כי הכוכבים מקיפים עצם כבד במיוחד ביחס לגודלו – מועמד אפשרי לחור שחור. החוקרים חישבו כי האובייקט הבלתי נראה השוכן במרכז הגלקסיה כבד פי ארבעה מיליון מהשמש שלנו, אך גודלו כגודל מערכת השמש שלנו בלבד [5]. מסה כבדה כל כך אשר מרוכזת באזור קטן יחסית במרכז הגלקסיה תואמת את הצפי לחור שחור על-מסיבי, ועל כן עבודתם של גז וגנצל היא הראיה המשכנעת ביותר שבידינו לקיומו של חור שחור על-מסיבי בלב גלקסיית שביל החלב.

פריצות דרך אלו, שזיכו את האחראים להן בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2020, מהוות צעדים משמעותיים בתחום שעדיין רבות בו השאלות על התשובות. חורים שחורים, ככל הנראה, ימשיכו להעסיק את עולם הפיזיקה עוד שנים רבות.

מקורות וקריאה נוספת

[1] ההכרזה באתר פרס נובל

[2] המאמר שזיכה את פנרוז בנובל, על קריסה כבידתית וסינגלוריות 

[3] מדידות של כוכבים במרכז הגלקסיה

[4] מדידת תאוצות של כוכבים במרכז הגלקסיה

[5] הערכת מסת החור השחור במרכז הגלקסיה