נאס״א מגדירה חור שחור כאזור בעל כוח כבידה כל כך עז שלא כל דבר, אפילו לא אור, יכול להימלט ממנו. הגבול הגלוי סביב אזור זה נקרא אופק התחתון: הנקודה שבה המהירות הדרושה כדי להימלט מהשיכוך של כוח הכבידה עולה על מהירות האור, לפי סקירת החור השחור הרשמית של נאס״א.
בתוך הגבול ההוא, לפי אתר החינוך של נאס״א לציבור, החומר הנותר מכוכב שקרס משוער להיות מכווץ לנקודה קטנה לאין שיעור הנקראת סינגולריות. למרות גודלה הזעום, משיכת הכבידה שלה שולטת בהכל בתוך אופק התחתון.
כיצד נוצר חור שחור כוכבי
נאס״א קובעת כי חור שחור בעל מסה כוכבית נוצר כאשר כוכב בעל יותר מכ-20 פעמים מסת השמש מוצא את הדלק הגרעיני בגרעינו וקורס תחת משקלו שלו. הקריסה מעוררת סופרנובה שמפוצצת את השכבות החיצוניות של הכוכב, בעוד שהגרעין ממשיך ליפול פנימה. כאשר הגרעין הקורס עולה על כ-3 מסות סולריות, נאס״א מציינת, הקריסה לתוך חור שחור הופכת בלתי נמנעת כי אין כוח ידוע היכול לעצור אותה.
כוכב בדרך כלל שומר על צורתו מכיוון שהלחץ החיצוני מהיתוך גרעיני מאזן את המשיכה הפנימית של כוח הכבידה שלו. כאשר הדלק נגמר, האיזון הזה מתפרץ, וכוח הכבידה דוחס את הגרעין עד שהוא יוצר חור שחור, לפי אותו הסבר של נאס״א.
לא כל החורים השחורים באותו גודל
סקירת החורים השחורים של נאס״א מבדילה בין מספר קטגוריות לפי מסה. חורים שחורים בעלי מסה כוכבית נעים מכ-3 עד מספר עשרות של מסות סולריות ופזורים בכל רחבי שביל החלב. חורים שחורים ענקיים, הנמצאים במרכזי רוב הגלקסיות הגדולות כולל שלנו, שוקלים בין 100,000 ל ביליון מסות סולריות.
קטגוריה שלישית, חורים שחורים בעלי מסה בינונית השוקלים בערך 100 עד למעלה מ-10,000 מסות סולריות, היו חשודים במשך זמן רב והיו בעלי רק קומץ של מועמדים שזוהו דרך ראיות עקיפות, לפי נאס״א. נאס״א מתארת גילוי גלי כבידה בשנת 2019, המכוסה להלן, בתור הדוגמה המשכנעת ביותר לקטגוריה זו עד כה.
קטגוריות חורים שחורים לפי מסה (נאס״א)| קטגוריה | מסה אופיינית | איפה נמצא |
|---|
| בעלי מסה כוכבית | בערך 3 עד עשרות מסות סולריות | בכל רחבי שביל החלב |
|---|
| בעלי מסה בינונית | בערך 100 עד למעלה מ-10,000 מסות סולריות | דוגמה משכנעת ביותר מהמזג של גלי כבידה 2019 (GW190521) |
|---|
| ענקיים | 100,000 ל ביליון מסות סולריות | מרכזי רוב הגלקסיות הגדולות |
|---|
הוכחה שלא תלויה בראיית אור
מכיוון שחורים שחורים לא פולטים אור, מדענים מאשרים את קיומם בעקיפין. נאס״א מצביעה על מספר שיטות: זיהוי קרני X וגלים רדיו מחומר המחומם לטמפרטורות קיצוניות ליד אופק התחתון, התבוננות בסילוני חלקיקים הנעים קרוב למהירות האור הפולטים גלים רדיו, קרני X וקרני גמא, וגילוי גלי כבידה — אדוות בזמן-מרחב שנמדדו בפעם הראשונה בשנת 2015 מאירוע בשם GW150914, כאשר שני חורים שחורים התחתנו זה לזה ונמזגו, לפי נאס״א.
שיטת גלי הכבידה יצרה מאוחר יותר את החור השחור בעל המסה הבינונית המאושר לראשונה. שיתוף הפעולה המדעי של LIGO והשיתוף פעולה של Virgo הודיעו ב-2 בספטמבר 2020 כי הם זיהו אות, שכונתה GW190521, מאירוע שהתרחש ב-21 במאי 2019, לפי עמוד הגילוי הרשמי של LIGO. שני חורים שחורים בעלי מסות של בערך 85 ו-66 מסות סולריות נמזגו לשריד יחיד של 142 מסות סולריות — הגילוי הברור הראשון של חור שחור בעל מסה בינונית, לפי LIGO.
LIGO גם מציינת כי המזיגה בעלת חשיבות מדעית כי מסות המקור נופלות בתוך מה שנקרא פער מסה של אי-יציבות בעלי צמד, טווח (בערך 65 עד 120 מסות סולריות) כאשר תיאוריית קריסה כוכבית סטנדרטית לא חוזה שחורים שחורים צריכים להיווצר ישירות, מה שמצביע על כך שהעצמים עצמם כנראה הוצאו ממזיגות קודמות.
ראיית צל של חור שחור
מעבר לגילוי עקיף, אסטרונומים ייצרו תמונה ישירה. טלסקופ אופק התחתון, רשת עולמית של מצפיות רדיו, שחרר את התמונה הראשונה של חור שחור בשנת 2019 — זה במרכז הגלקסיה M87, מעוריכה בכ-6.5 מיליארד מסות סולריות וכ-55 מיליון שנות אור, לפי סקירת החורים השחורים של נאס״א.
התמונה מראה טבעת בהירה של גז זוהר המקיפה «צל» מרכזי אפל, הצל הנהדר על ידי אופק התחתון של החור השחור כנגד האור מחומר הנופל.
מה נשאר לא ודאי
לפי נאס״א, המקור של חורים שחורים ענקיים נשאר מובן בצורה חלשה, למרות שהראיות מראות שהם כבר היו קיימים בהסטוריה המוקדמת מאוד של גלקסיות.
