חורים שחורים הם כוחות הטבע המסקרנים ביותר ומעוררי היראה. הם גם אחד המסתוריים ביותר בגלל האופן שבו כללי הפיזיקה המקובלת מתפרקים בנוכחותם. למרות עשרות שנות מחקר ותצפיות, עדיין אין הרבה מה שאנחנו לא יודעים עליהם. למעשה, עד לא מזמן, אסטרונומים מעולם לא ראו דימוי של חור שחור ולא הצליחו לאמוד את המסה שלהם.
עם זאת, צוות פיזיקאי מהמכון לפיזיקה וטכנולוגיה במוסקבה (MIPT) הודיע לאחרונה כי הם המציאו דרך למדוד בעקיפין את מסת החור השחור תוך אישור קיומו. במחקר שנערך לאחרונה הראו כיצד הם בדקו שיטה זו על החור השחור-סופר-מאסיבי שצולם לאחרונה בגלקסיה הפעילה מסייר 87.
המחקר הופיע בגיליון אוגוסט של כתב העת הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה. בנוסף לחוקרים מ- MIPT, הצוות כלל חברים מהמכון המשותף ההולנדי למען VLBI ERIC (JIVE), המכון לאסטרונומיה ואסטרופיסיקה של אקדמיה סיניקה בטייוואן, ומצפה הכוכבים Mizusawa של ה- NOAJ ביפן.
מזה עשרות שנים אסטרונומים ידעו שרוב הגלקסיות המסיביות כוללות חור שחור-מסיבי (SMBH) במרכזם. הנוכחות של SMBH זה מובילה לכמות לא מבוטלת של פעילות הליבה, בה גז ואבק נופלים לדיסק ההקרדה ומתאצים למהירויות הגורמות להם לפלוט אור, כמו גם רדיו, מיקרוגל, רנטגן וגמא- קרינת קרניים.
עבור גלקסיות מסוימות, כמות הקרינה המיוצרת על ידי אזור הליבה היא כה בהירה, עד שהיא ממש מעצימה את האור שמגיע מכל הכוכבים בדיסק שלו יחד. אלה מכונים גלקסיות גרעינים פעילים (AGN) מכיוון שיש להם גרעינים פעילים וגלקסיות אחרות יחסית "שקטות". מזהה נוסף המספר כי גלקסיה פעילה הם הקורות הארוכות של חומר מחומם-על המשתרעות.
"מטוסים יחסיים" אלה, שיכולים להימשך מיליוני שנות אור כלפי חוץ, מכונים כך משום שהחומר בתוכם מואץ לשבריר ממהירות האור. בעוד שמטוסים אלה אינם מובנים עדיין עד הסוף, הקונצנזוס הנוכחי הוא שהם נוצרים על ידי "אפקט מוטורי" מסוים שנגרם על ידי SMBH מסתובב במהירות.
דוגמה טובה לגלקסיה פעילה עם מטוס רלטיביסטי היא Messier 87 (המכונה בתולה A), גלקסיה מעולה הממוקמת לכיוון קבוצת הכוכבים בתולה. גלקסיה זו היא הגלקסיה הפעילה הקרובה ביותר לכדור הארץ, ולכן היא אחת הנחקרות ביותר. במקור שהתגלה בשנת 1781 על ידי צ'רלס מסייר (שטעה בכך בערפילית), הוא נחקר על בסיס קבוע מאז ועד היום. עד שנת 1918, המטוס האופטי שלה הפך לראשון מסוגו שנצפה.
בזכות קרבתו, אסטרונומים הצליחו ללמוד את המטוס של מסייר 87 בקפידה - מיפוי המבנה ומהירות הפלזמה שלו ומדידת הטמפרטורות וצפיפות החלקיקים ליד נחל הסילון. גבולות המטוס נחקרו בפירוט נאה כי החוקרים גילו שהוא הומוגני לאורכו ושינה את צורתו ככל שהתרחבה (עוברת מפרבולית לחרוטית).
כל התצפיות הללו אפשרו לאסטרונומים לבחון השערות לגבי מבנה הגלקסיות הפעילות והקשר בין שינויים בצורת הסילון והשפעת החור השחור בגרעין הגלקטי. במקרה זה, צוות המחקר הבינלאומי ניצל מערכת יחסים זו וכדי לקבוע את המסה של ה- SM87 של ה- M87.
הצוות הסתמך גם על מודלים תיאורטיים שמנבאים פריצת סילון, שאפשרו להם ליצור מודל שבו המסה של SMBH תשחזר במדויק את הצורה הנצפית של הסילון של M87. על ידי מדידת רוחב הסילון והמרחק בין הליבה לשבירת צורתו, הם מצאו כי גבול הסילון של ה- M87 מורכב משני מקטעים עם שני עקומות מובחנות.
בסופו של דבר, השילוב של מודלים תיאורטיים, תצפיות וחישובי מחשב איפשר לצוות להשיג מדידה עקיפה של מסת החור השחור וקצב הסיבוב. מחקר זה לא רק מספק מודל חדש להערכת חור שחור ואמצעי מדידה חדש עבור מטוסים, אלא גם מאשר את ההשערות העומדות בבסיס מבנה המטוסים.
בעיקרו של דבר, תוצאות הצוות מתארות את המטוס כזרימת נוזל ממוגנט, כאשר הצורה נקבעת על ידי השדה האלקטרומגנטי בו. זה, בתורו, דברים תלויים כמו המהירות והטעינה של חלקיקי הסילון, הזרם החשמלי בתוך הסילון, והקצב בו ה- SMBH מאיץ חומר מהדיסק שמסביב.
יחסי הגומלין בין כל הגורמים הללו הם אלו שמעוררים את השבירה שנצפתה בצורת מטוס, שאפשר להשתמש בה אז כדי להחיש את המסה של ה- SMBH ועד כמה היא מסתובבת במהירות. אלנה נוקרינה, סגנית ראש מעבדת ה- MIPT המעורבת במחקר והכותבת המובילה בעיתון הצוות, מתארת את השיטה שפיתחו בדרך הבאה:
"השיטה העצמאית החדשה להערכת מסת החור השחור וסיבוב היא התוצאה העיקרית של עבודתנו. למרות שדיוקו דומה לזה של השיטות הקיימות, יש לו יתרון בכך שהוא מקרב אותנו אל מטרת הסיום. כלומר, לעדן את הפרמטרים של 'המנוע' הליבה כדי להבין יותר את טיבו. "
בזכות הזמינות של מכשירים מתוחכמים ללימוד SMBHs (כמו טלסקופ Event Horizon) וטלסקופי החלל מהדור הבא שיופעלו בקרוב, לא ייקח זמן רב עד שהדגם החדש הזה ייבחן ביסודיות. מועמד טוב יהיה מזל קשת A *, ה- SMBH במרכז הגלקסיה שלנו, אשר לפי הערכות הוא בין 3.5 מיליון 4.7 מיליון מסות שמש.
בנוסף להצבת אילוצים מדויקים יותר למסה זו, תצפיות עתידיות יכולות גם לקבוע עד כמה גרעין הגלקסיה שלנו פעיל (או לא פעיל). תעלומות חור שחור אחר ומחכות!
