חורים שחורים נוצרים בעיקר כשהגרעין של כוכב ענק מתמוטט לאחר סופרנובה, או כאשר הרגעים הראשונים של היקום השאירו כיסים צפופים מאוד של חומר. נאס"א וESA מתארים ארבע סוגים - כוכבי, ביניים, על-ענקיים וקדומים - המוגדרים בעיקר לפי מסה. תכונתם המגדירה היא אופק האירוע: גבול שאפילו אור לא יכול להימלט ממנו.
גרסה זו היא תרגום מכונה של המקור (English). לקריאת המקור
חור שחור הוא אזור בחלל שבו כוח הכבידה כל כך חזק שדבר כלשהו, אפילו אור, לא יכול להימלט ברגע שהוא חוצה גבול הנקרא אופק האירוע, על פי נאס"א. התכונה היחידה הזו - משטח חד-כיווני בחלל - היא מה שהופך את האובייקטים הללו, ולא את גודלם הנראה, לסביבות הקיצוניות ביותר הידועות בפיזיקה.
כיצד חור שחור נוצר
הדרך הטובה ביותר להבנה היא קריסה כוכבית. נאס"א מסבירה שכוכבים בעלי יותר מכ-20 פעמים המסה של השמש בסופו של דבר מוציאים את הדלק הגרעיני שלהם; הגרעין מתמוטט פנימה בזמן שהשכבות החיצוניות נפוצות בהתפרצות סופרנובה. אם הגרעין המדחוס שנשאר עדיין מחזיק יותר מכ-שלוש מסות שמש, נאס"א קובעת שאין כוח ידוע שיכול לעצור את הגרעין הזה מהתמוטטות לחור שחור.
ESA מתארת את אותו המנגנון: ברגע שגרעין כוכבי מעל סף המסה הזה מדחוס לנפח קטן מספיק, כוח הכבידה שלו שלו עדיף על כל כוח פיזיקלי אחר, והחפץ ממשיך להתכווץ עד שאור לא יכול עוד לעזוב אותו. חורים שחורים יכולים להמשיך לגדול לאחר מכן על ידי ספיגת גז סביבי, תהליך הנקרא צבירה, על פי נאס"א. ESA מציינת שצבירה בלבד מתקשה להסביר כיצד חורים שחורים על-ענקיים כמה גדלו כל כך מהר בתולדות היקום, וזו אחת הסיבות שבגללן מדענים חוקרים חורים שחורים בינוני-מסה כחוליה אפשרית החסרה.
רעיון נפרד וקיום פחות יציב עוסק ברגעים הראשונים של היקום. חלק מהתאוריות מציעות שחורים שחורים קדומים יכלו להיווצר ישירות מתנאים קיצוניים זמן קצר לאחר המפץ הגדול, ללא כוכב מעורב כלשהו. ESA אומרת שהמשימה Euclid שלה עשויה לעזור בבדיקה האם חפצים כאלה קיימים והאם הם יכולים להסביר חלק מהחומר האפל של היקום.
ארבע סוגים, המוגדרים לפי מסה
נאס"א ו-ESA מקבצים חורים שחורים לקטגוריות על סמך בעיקר כמה מסה הם מכילים, מכיוון שמסה קובעת גודל, כוח כבידה ודרך היווצרות.
סוגי חורים שחורים לפי מסה (נאס"א, ESA)
סוג
מסה טיפוסית (מסות שמש)
כיצד משוער שהוא נוצר
כוכבי
בערך 3 עד כמה עשרות
קריסה של גרעין כוכב ענק לאחר סופרנובה
ביניים-מסה
בערך 100 עד 10,000+
חשוד במקרים מסוימים אך נאשר ישירות לעתים רחוקות, על פי נאס"א
על-ענקי
100,000 עד מיליארדים
המקור לא מובן בצורה מלאה; מוערך שגדלים בצד גלקסיות המארחות שלהם, על פי נאס"א ו-ESA
קדום (היפותטי)
טווח רחב ובלתי מאומת
משוער שמתעדו ליקום מוקדם; נחקרים על ידי משימת Euclid של ESA כמועמד אפשרי לחומר אפל, על פי ESA
מה שהופך אותם לקיצוניים
אופק האירוע הוא התכונה המבחינה בחורים שחורים. נאס"א מתארת אותו כנקודה שבה המהירות ההימלטות הדרושה לעזיבת האובייקט עולה על מהירות האור, כך שלא דבר כלשהו - כולל האור עצמו - יכול לחצות חזרה החוצה. מכיוון שאור לא נמלט, חורים שחורים עצמם לא פולטים אור; מה שאסטרונומים חושפים הוא הזוהר של החומר ממש מחוץ לגבול זה.
זה הזוהר מגיע מדיסק הצבירה, חומר שנמשך מכוכבים או ענני גז סמוכים המתפתלים פנימה ומתחממים כשהם מתקרבים לאופק האירוע, על פי תיאור נאס"א של אנטומיה חור שחור. סביב חורים שחורים על-ענקיים המתזינים בפעילות, אזור זה - הנקרא הכתר - מגיע לטמפרטורות של בערך מיליארד מעלות ומייצר קרני X בעלות אנרגיה גבוהה, עם חלקיקים הנעים במהירויות המתקרבות למהירות האור.
בנקודה הכי מרכזית, יחסיות כללית חוזה ייחוד, נקודה שבה החומר מדחוס לצפיפות אינסופית, על פי נאס"א. הוא מתואר כיעד סופי לכל דבר שנופל חלף אופק האירוע, אם כי פיזיקאים מציינים זוהי הנקודה שבה תאוריות כבידה נוכחיות מתפרקות במקום לתת תיאור בדוק במלואו של מה שבאמת קורה שם.
רואים חור שחור יש��רות
מכיוון שחורים שחורים אינם פולטים אור משלהם, אסטרונומים לא יכולים לצלמם ישירות - הם מצלמים את הצל שחור שחור מטיל על הגז הבוהק שמסביבו. טלסקופ אופק האירוע (EHT), רשת עולמית של משקפות רדיו מקושרות דרך טכניקה הנקראת אינטרפרומטריה בקו בסיס ארוך מאוד, הפקה את התמונה הראשונה כזו של החור השחור על-ענקי M87* בשנת 2019 ושל Sagittarius A*, החור השחור המרכזי של שביל החלב שלנו, בשנת 2022, על פי משקף הכוכבים הדרומי האירופי (ESO), שותף בשיתוף הפעולה של EHT.
ESO מציינת שSagittarius A* בעל מסה של בערך 4 מיליון פעמים זה של השמש ונמצאת בערך 27,000 שנות אור מכדור הארץ, אך מנקודת מבטנו ESO מתארת אותה כנראית לא גדולה יותר מאשר סופגניה ייראה אם הוצבה על פני הירח. נאס"א דיווחה בנפרד שM87*, צולמה על ידי EHT בשנת 2019, מחזיקה יותר מ-6 מיליארדי מסות שמש, עם אופק אירוע שנאס"א אומרת שיגיע הרבה מעבר לכוכבי הלכת של מערכת השמש.
ראיה ישירה ראשונה בעדויות חזותיות של החור השחור במרכז שביל החלב.
— שיתוף פעולה בטלסקופ אופק האירוע, דרך ESO
ESO מציינת שתמונות כאלה מאפשרות למדענים לבדוק ישירות את התנהגות זמן-מרחב בגבול חור שחור, דרך לבדיקת יחסיות כללית בתנאי הכבידה הקיצוניים ביותר הזמינים לתצפית.
שאלות
מה המסה המינימלית הנדרשת כדי שחור שחור יתבצע מכוכב?
על פי נאס"א, אם גרעין כוכבי המתמוטט שומר על מסה של יותר מבערך שלוש פעמים מסה של השמש לאחר סופרנובה, אין כוח ידוע שיכול לעצור אותו מהתמוטטות לחור שחור.
האם אנחנו יכולים לראות חור שחור?
לא ישירות, מכיוון שאור לא נמלט מחור שחור. במקום זאת, טלסקופים מצלמים את הגז הבוהק ואת הצל האפל שנזרק עליו, כפי שעשה טלסקופ אופק האירוע עבור M87* בשנת 2019 וSagittarius A* בשנת 2022, על פי ESO.
כמה סוגים של חורים שחורים יש?
נאס"א ו-ESA מתארים ארבע סוגים על סמך מסה: כוכבי, ביניים, על-ענקיים, וחורים שחורים קדומים היפותטיים משוער שמתעדו ליקום מוקדם.
כמה ענק החור השחור במרכז שביל החלב?
ESO מדווחת שSagittarius A* בעל מסה של בערך 4 מיליון פעמים זה של השמש וממוקמת בערך 27,000 שנות אור מכדור הארץ.
מה נמצא במרכז חור שחור?
יחסיות כללית חוזה ייחוד, נקודה של צפיפות אינסופית, על פי נאס"א, אם כי זו הנקודה שבה תאוריות כבידה נוכחיות אינן בדוקות במלואן.
רקטות נעות על ידי הדחת פליטות בכיוון אחד כדי שהכלי יידחף בכיוון השני, בהתאם לחוק השלישי של ניוטון. הדחף תלוי בכמה מסת פליטה זורמת החוצה לשנייה וכמה מהר היא עוזבת את הזרבובית, בעוד שהישארות במסלול תלויה באיזון בין מהירות קדימה למשיכת הכבידה. עיצובים בעלי מספר שלבים וללא כמה משימות, הנעה חשמלית משמשים לניהול הכמות הענקית של דלק שטיסת חלל דורשת.
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.
