החור השחור שהקדים את זמנו

ד”ר בני טרכטנברוט, חוקר ישראלי השוהה בהשתלמות פוסט-דוקטורט במכון הטכנולוגי של שוויץ ETH הוביל מחקר הכרוך בתצפיות בחורים שחורים קדומים בעזרת טלסקופ הענק ע”ש קק שבהוואי. התצפיות נערכו בעזרת מכשיר חדיש בתחום האינפרא-אדום והצביעו על המצאותו של חור שחור ענק השוכן בגלקסיה רגילה למדי ביקום הקדום.

במרכזן של מרבית הגלקסיות ביקום קיים חור שחור ענק ומקובל לחשוב כי במרבית המקרים בגלקסיות גדולות יותר החור השחור מאסיבי יותר. צוות חוקרים מהמכון הטכנולוגי ETH שבשוויץ גילה מתצפיות ביקום הקדום גלקסיה בינונית עם חור שחור גדול במיוחד הגדל בקצב מהיר מהקצב בו גדלה הגלקסיה שבתוכה הוא שוכן. ממצאי המחקר החדש מעלים סימני שאלה לגבי ההנחה לפיה גלקסיות והחורים השחורים שבמרכזן מתפתחים יחדיו. תוצאות המחקר מתפרסמות בגליון החדש של כתב העת היוקרתי Science.

בני טרכטנברוט, חוקר ישראלי השוהה בהשתלמות פוסט-דוקטורט במכון הטכנולוגי של שוויץ ETH הוביל מחקר הכרוך בתצפיות בחורים שחורים קדומים בעזרת טלסקופ הענק ע”ש קק שבהוואי. התצפיות נערכו בעזרת מכשיר חדיש בתחום האינפרא-אדום והצביעו על המצאותו של חור שחור ענק השוכן בגלקסיה רגילה למדי ביקום הקדום. מאחר והאור שנפלט מהעצם, המכונה CID-947, עבר דרך ארוכה מאד לפני שהגיע לכדור-הארץ, המדענים צופים בו כפי שהיה כשגיל היקום היה פחות מ-2 מיליארד שנה – כשביעית מגילו הנוכחי (שהוא קצת פחות מ-14 מיליארד שנה).
מניתוח הנתונים שנאספו בתצפיות התברר שלחור השחור שבמרכז CID-947 מסה הגדולה ממסת השמש פי כ-7 מיליארד, כך שהוא בין החורים השחורים הגדולים ביותר שנצפו עד כה. אולם התגלית שהפתיעה את המדענים יותר מכל היתה כי מסת החור השחור קטנה רק פי כ-10 ממסת כלל הגלקסיה בה הוא שוכן. ביקום הקרוב לנו (במרחב ובזמן), לרוב החורים השחורים מסה הקטנה פי 200 עד פי 500 ממסתן של הגלקסיות בהן הם שוכנים. “המדידות שלנו מצביעות על כך שמדובר בגלקסיה בעלת מסה רגילה ביותר” מסביר טרכטנברוט, שהשלים את לימודי הדוקטורט באוניברסיטת תל-אביב. “אנו עדים למערכת של חור שחור ענק השוכן בגלקסיה רגילה לחלוטין.” התוצאה הייתה כה מפתיעה, עד שהצוות החליט ששתיים מהחוקרות ימדדו את מסת הגלקסיה באופן בלתי תלוי זו מזו. שתי המדידות הובילו לאותה המסקנה.

מה נשתנה ביקום הקדום?
רוב הגלקסיות ביקום, כולל גלקסיית הבית שלנו – “שביל החלב” – מכילות במרכזן חורים שחורים מסיביים שמסתם גדולה ממסת השמש פי מיליונים ואף מיליארדים. “כוח הכבידה של חורים שחורים הוא כה חזק עד ששום דבר – אף לא אור – יכול להימלט ממשיכתם. תורת היחסות הכללית של איינשטיין מתארת כיצד גופים מוזרים אלה מעקמים את המרחב-זמן עצמו,” מסביר האסטרופיזיקאי פרופ’ חגי נצר מאוניברסיטת תל-אביב – מומחה לחורים שחורים מסיביים (שלא היה שותף במחקר החדש). חורים שחורים שכאלה מתגלים בזכות הקרינה הנפלטת מהגז החם אשר נופל לתוכם במהירויות גבוהות.

תצפיות רבות שהתבצעו עד כה הראו שככל שמספר הכוכבים בגלקסיה מסוימת גדול יותר, כך החור השחור שבמרכזה הוא גדול יותר. “קשר זה מתאר את המתרחש ביקום הקרוב לנו, כלומר את המצב בעידן שלנו” מסביר טרכטנברוט. קשר זה, כמו-גם עדויות נוספות, הובילו את קהילת המחקר לשער שגידול החורים השחורים מתקדם באופן משולב עם יצירתם של כוכבים חדשים בגלקסיות. זהו רעיון פשוט למדי אם נניח כי מאגר משותף של גז קר אחראי ליצירת כוכבים ול”הזנת” החור השחור שבמרכז. עם זאת, מחקרים רבים מהשנים האחרונות העלו את האפשרות שהקרינה הנפלטת מקירבת החור השחור במהלך תהליך גדילתו יכולה להשפיע ואף לעצור לחלוטין את יצירת הכוכבים, ע”י חימום הגז ברחבי הגלקסיה. המחקר החדש מראה כי שני התהליכים, יצירת הכוכבים בגלקסיות ופליטת הקרינה ליד החור השחור, לא בהכרח קשורים זה בזה – לפחות לא ביקום הקדום.

“המשמעות של התגלית שלנו היא שהחור השחור שמרכזה של הגלקסיה CID-947 הצליח לגדול באופן יעיל בהרבה מקצב הגידול עקב יצירת כוכבים, בניגוד לתחזיות של המודלים המתמקדים בהתפתחות מקבילה.” החוקרים אף הסיקו כי בעוד שהחור השחור מתקרב לקצה תהליך הגידול, הרי שקצב היצירה של כוכבים חדשים בגלקסיה עדיין גבוה והגלקסיה תמשיך לגדול גם לאחר שהחור השחור יפסיק להיות פעיל. נראה כי הקרינה והחלקיקים הנפלטים מקרבת החור השחור במהלך גדילתו, לא בלמו את יצירת הכוכבים. החוקרים סבורים שעצמים כמו CID-947 עשויים להוות את אוכלוסיית המקור לגלקסיות המסיביות ביותר שנצפות ביקום המקומי.

המחקר החדש – מידע ביבליוגרפי:
Trakhtenbrot B, Urry Megan C, Civano F, Rosario D J, Elvis M, Schawinski K, Suh H, Bongiorno A, Simmons B D:
An Over-Massive Black Hole in a Typical Star-Forming Galaxy, 2 Billion Years After the Big Bang,
Science, volume 349 (Issue 6244), pages 168-171 (2015)

תודה לד”ר בני טרכטנברוט על התרגום.