חור שחור הוא אזור בחלל שבו הכבידה כל כך חזקה שאף דבר, אפילו אור, לא יכול להימלט ברגע שחוצה את אופק האירועים. אסטרונומים לא יכולים לראות חורים שחורים ישירות, לכן הם מסיקים את נוכחותם מהשפעות על חומר, אור וזמן-מרחב קרוב - דרך דיסקים של צבירה, כוכבים במסלול, וגלים הנקראים גלי כבידה. שתי תצפיות ציון דרך, זיהוי גלי כבידה של LIGO ב-2015 והתמונה של M87 מטלסקופ Event Horizon ב-2019, הפכו את הרעיון מתיאוריה לעדות ישירה.
גרסה זו היא תרגום מכונה של המקור (English). לקריאת המקור
חורים שחורים נוצרים ביותר מדרך אחת, ואסטרונומים מסווגים אותם למחלקות גודל בהתאם למסה ולא לסיפור מקור יחיד.
איך חורים שחורים נוצרים
הנתיב המובן ביותר הוא מוות הכוכב. לפי פרויקט 'דמיין את היקום' של NASA, חור שחור בעל מסת כוכבית נוצר כאשר כוכב 거대י מתמצה מדלק גרעיני והליבה שלו קורסת תחת כוח הכבידה שלו, תהליך שעלול ללוות התפוצצות סופרנובה. NASA קובעת שלחורים שחורים אלה בעלי מסת כוכבית יש בדרך כלל מסה של בערך פי 5 עד פי 20 מהמסה של השמש ופזורים בכל המושכות כלומר לא קיימים נתונים על מיקומיהם.
בקצה השני של הסקאלה יושבים חורים שחורים על-ענקיים, הנמצאים במרכזו של כמעט כל גלקסיה גדולה, עם מסות הנעות בין מיליונים למיליארדים של מסות השמש, על פי NASA. האופן שבו ענקים אלה נוצרים וגדלים מתואר על ידי NASA כ"תחום מחקר פעיל", אם כי תצפיות מראות קורלציה בין גודל החור השחור המרכזי של גלקסיה לגודל הגלקסיה עצמה.
NASA מתארת גם מחלקה ביניים מוצעת, עם מסות בין הטווחים של כוכבי ועל-ענקי. הסוכנות מציינת שאסטרונומים החלו לאחרונה למצוא ראיות אפשריות לחורים שחורים בעלי מסה בינונית, לאחר שמצאו שרבים מהמועמדים הקודמים הוסברו על ידי תהליכים פיזיקליים אחרים.
כיצד אסטרונומים מזהים משהו שלא פולט אור
לא ניתן לראות חור שחור עצמו כיוון שהוא לא פולט אור משלו. דף 'דמיין את היקום' של NASA מסביר שאסטרונומים במקום זאת מסתמכים על גילוי עקיף: הם מחפשים התנהגות של עצמים קרובים שניתן להסביר רק על ידי נוכחות של מסה ענקית, צפופה ובלתי נראית. זה כולל חומר שנמשך ומחומם לדיסק צבירה זוהר, או כוכבים שנראים במסלול סביב נקודה שלא ניתן לראות בה כוכב.
אחת הדרכים לצלם את הראיה עקיפה זו היא אינטרפרומטריה רדיו. טלסקופ Event Horizon (EHT) מחבר מצפי רדיו ברחבי הכוכב בעזרת טכניקה הנקראת interferometry של קו בסיס ארוך מאוד (VLBI), אשר, כפי שהוסברה על ידי אתר הפיזיקה Einstein-Online, משלבת תצפיות בו-זמניות מטלסקופים מרובים לנתונים המקביל לטלסקופ יחיד בגודל כדור הארץ. החור השחור לא מופיע ישירות; מה ש-EHT מתעד הוא פליטה רדיו מגז חם וסובב בדיסק הצבירה, עם אזור מרכזי חשוך - 'צל' של החור השחור - שנוצר היכן שאור מתכופף סביב העצם תחת כבידה קיצונית.
התמונה הראשונה: M87
ב-10 באפריל 2019, שיתוף הפעולה של EHT שחרר את התמונה הראשונה שנבנתה בדרך זו, המציגה את החור השחור העל-ענקי במרכז הגלקסיה M87, הממוקמת בערך 55 מיליון שנות אור מהאדמה, לפי MIT News, שדיווח על ההשקה. MIT News דיווחה על מסת העצם ככ-6.5 מיליארד פעמים מסת השמש, כאשר אופק האירועים המתוכנן מודד קצת פחות מ-40 מיליארד קילומטרים רוחב. קמפיין התצפית שילב שמונה מצפי רדיו קרקעיים וכלל יותר מ-200 חוקרים ברחבי העולם.
שמיעת חורים שחורים: גלי כבידה
שיטת גילוי נפרדת לא משתמשת באור בכלל. ב-14 בספטמבר 2015, בשעה 5:51 בבוקר EDT, מערת הלייזר לזיהוי גלי כבידה (LIGO) ביצעה את הגילוי הישיר הראשון של גלי כבידה - אדוות בזמן-מרחב שנחזה על ידי תורת היחסות הכללית של איינשטיין - לפי MIT News. האות הגיע משני חורים שחורים, כל אחד בערך פי 30 מסת השמש, התמזגו בערך 1.3 מיליארד שנות אור משם. ההתנגשות המירה אנרגיה שווה ערך לכ-שלוש מסות שמש לגלי כבידה, לפי דוח MIT, קרינה לזמן קצר יותר כוח מכל האור היקום הנראה. גוגי הלייזר התאומים של 4 קילומטרים של LIGO בלואיזיאנה ווושינגטון מדדו שינוי באורך הזרוע קטן יותר מאלפית עשרת קוטר פרוטון כדי לרשום את האות.
LIGO הצטרפה מאוחר יותר לגלאי Virgo באיטליה ו-KAGRA ביפן כדי ליצור את שיתוף הפעולה LIGO-Virgo-KAGRA (LVK), אשר Caltech דיווח תיעד כ-300 התמזגויות חורים שחורים מאז 2015, כולל יותר מ-200 רק במסלול התצפית הרביעי שלה. בנובמבר 2023, שיתוף הפעולה צפה בהתמזגות החורים השחורים המסיביים ביותר שנרשמו אי פעם על ידי גלי כבידה, אירוע שמוגדר כ-GW231123, המערב עצמים של בערך 100 ו-140 מסות שמש שהתמזגו לחור שחור של בערך 225 מסות שמש, לפי Caltech.
עובדות מרכזיות בהצצה
מחלקות חורים שחורים וכיצד הם זוהו
מחלקה / אירוע
מסה (מסות שמש)
שיטת זיהוי
חור שחור בעל מסת כוכבית
~5–20
עקיף: השפעות על חומר/כוכבים במסלול (NASA)
מסה בינונית (מוצע)
לא מוגדר בדיוק על ידי NASA; כמה מועמדים מאומתים
עקיף, מועמדים מאומתים מוגבלים (NASA)
חור שחור על-ענקי
מיליונים למיליארדים
עקיף; צולם ישירות רק עבור M87* ו-Sagittarius A* (NASA/EHT)
M87* (צולם לראשונה, 2019)
~6.5 מיליארד
צילום VLBI רדיו, טלסקופ Event Horizon
התמזגות GW150914 (2015)
~30 + ~30 → חור שחור סופי
אינטרפרומטריה גלי כבידה, LIGO
התמזגות GW231123 (2023)
~100 + ~140 → ~225 סופי
אינטרפרומטריה גלי כבידה, LIGO-Virgo-KAGRA
חורים שחורים כל כך ענקיים אסורים דרך מודלים סטנדרטיים של אבולוציה כוכבית.
— מארק האנם, אוניברסיטת קארדיף, בציטוט של Caltech בנוגע להתמזגות GW231123
ביחד, שתי השיטות - צילום החומר הזוהר סביב חור שחור בעזרת אינטרפרומטריה רדיו, והאזנה ל'צייץ' כבידה של שני חורים שחורים הסתובבים - נותנים לאסטרונומים דרכים עצמאיות ומשלימות לאישור שעצם הוא חור שחור ולמדוד את המסה שלו, גם אם החור השחור עצמו לא פולט שום דבר שניתן לראות ישירות.
שאלות
האם נוכל אי פעם לראות בפועל חור שחור?
לא - חור שחור עצמו לא פולט אור. מה שטלסקופים כמו טלסקופ Event Horizon תוקלטו הוא פליטה רדיו מגז חם מסתובב סביבו (דיסק צבירה), עם 'צל' חשוך היכן החור השחור חוסם וכופף אור, לפי Einstein-Online ו-NASA.
איך חורים שחורים נוצרים?
חורים שחורים בעלי מסת כוכבית נוצרים כאשר כוכב ענקי מתמצה מדלק וליבתו קורסת, לפעמים בסופרנובה, לפי NASA. איך חורים שחורים על-ענקיים במרכזי גלקסיות נוצרים עדיין תחום מחקר פעיל, אומרת NASA.
מה הייתה התמונה הישירה הראשונה של חור שחור?
ב-10 באפריל 2019, שיתוף הפעולה של טלסקופ Event Horizon שחרר תמונה של החור השחור העל-ענקי בגלקסיה M87, בערך 55 מיליון שנות אור משם, בנוי מנתונים רדיו שנאספו על ידי שמונה מצפי, כפי שדיווח MIT News.
מה הם גלי כבידה וכיצד הם קשורים לחורים שחורים?
גלי כבידה הם אדוות בזמן-מרחב שנחזה על ידי תורת היחסות הכללית של איינשטיין; LIGO ביצעה את הגילוי הישיר הראשון ב-14 בספטמבר 2015, משני חורים שחורים מתמזגים בערך 30 מסות שמש כל אחד, בערך 1.3 מיליארד שנות אור משם, לפי MIT News.
כמה ענקיים יכולים להיות חורים שחורים?
חורים שחורים בעלי מסת כוכבית הם בדרך כלל פי 5–20 מסת השמש (NASA), בעוד שחורים שחורים על-ענקיים נעים בין מיליונים למיליארדים של מסות שמש; החור השחור שצולם ב-M87 ב-2019 יש מסה של בערך 6.5 מיליארד שמשות, לפי MIT News.
הכשרת אסטרונאוטים היא תהליך רב-שנתי המתחיל בבדיקת סינון לבחירה לחינוך, ניסיון וכושר גופני, ואחר כך עובר לשנים של הכשרה קרקעית לפני כל טיסה. לפי נאסא וסוכנות החלל האירופית (ESA), מועמדים לומדים מערכות חלליות ומתרגלים הליכות בחלל תחת מים, ומועמדי ESA גם לומדים רוסית, בעוד שהחיים על תחנת החלל הבינלאומית (ISS) רצים לפי לוח זמנים יומי קבוע של עבודה, תרגול וישינה.
חור שחור הוא אזור בחלל שבו הכבידה כל כך חזקה שום דבר, אפילו אור, אינו יכול להימלט ברגע שהוא חוצה את אופק האירוע. רובם נוצרים כאשר כוכב ענקי נוצל מדלק גרעיני וגרעינו קורס; גרסאות על-ענקיות גדלות במרכזי גלקסיות על פני מיליארדי שנים. תמונות ישירות וגילויי גלים גרביטציוניים אישרו את קיומם ובדקו את היחסיות הכללית של אינשטיין.
פאזות הירח משתנות כי אור השמש פוגע בחלקים שונים של פני השטח שלו כשהוא מסתובב סביב כדור הארץ, לא בגלל הצל של כדור הארץ; מחזור שלם אחד של פאזות, הנקרא חודש סינודי, הוא בממוצע 29.5 ימים. הירח עצמו גם משך את אוקיינוסי כדור הארץ בכוח כבידה לא שווה, ויוצר שני גאות גבוהים ושני גאות נמוכים בערך כל 24 שעות ו-50 דקות, כאשר השמש מחזקת או מחלישה את המשיכה הזו פעמיים בחודש.
התפרצויות רדיו מהירות (FRBs) הן הבזקים קצרים של אנרגיה רדיו מגלקסיות רחוקות, שזוהו לראשונה בשנת 2007 ועדיין לא מוסברות במלואן. העניין עלה לאחר שאסטרונומים השתמשו בטלסקופ MeerKAT וטלסקופ החלל ג'יימס ווב כדי לעקוב אחרי ה-FRB הרחוק ביותר עד כה, אות שנסע למעלה מ-10 מיליארד שנה כדי להגיע לכדור הארץ.
