מהו חור שחור סופר-מסיבי?

Send

בשנת 1971 השערו האסטרונומים האנגלים דונלד לינדן-בל ומרטין ריס כי חור שחור סופר-מסיבי (SMBH) שוכן במרכז הגלקסיה של שביל החלב שלנו. זה התבסס על עבודתם עם גלקסיות רדיו, שהראו כי כמויות האנרגיה העצומות שהוקרנו על ידי חפצים אלו נבעו מהטחת הגז והחומר על חור שחור במרכזם.

עד 1974, הראיות הראשונות ל- SMBH זו נמצאו כאשר אסטרונומים זיהו מקור רדיו מסיבי שהגיע ממרכז הגלקסיה שלנו. אזור זה, אותו כינו מזל קשת A *, גדול פי עשרה מיליון כמו השמש שלנו. מאז התגלה, אסטרונומים מצאו ראיות לכך שיש חורים שחורים על-מסיביים במרכז רוב הגלקסיות הספירליות והאליפטיות ביקום הנצפה.

תיאור:

חורים שחורים סופר-מסיביים (SMBH) נבדלים מחורים שחורים בעלי מסה נמוכה במספר דרכים. בתור התחלה, מאחר של- SMBH יש מסה גבוהה בהרבה מחורים שחורים קטנים יותר, יש להם גם צפיפות ממוצעת נמוכה יותר. זה נובע מהעובדה שעם כל האובייקטים הכדוריים, הנפח פרופורציונלי ישירות לקוביית הרדיוס, ואילו הצפיפות המינימלית של חור שחור פרופורציונלית הפוכה לריבוע המסה.

בנוסף, כוחות הגאות והשפל בסביבת אופק האירועים חלשים משמעותית עבור חורים שחורים מאסיביים. בדומה לצפיפות, כוח הגאות והשפל על גוף באופק האירועים הוא ביחס הפוך לכיכר המיסה. כיוון שכך, חפץ לא יחווה כוח גאות ושפל משמעותי עד שהוא היה עמוק מאוד בתוך החור השחור.

היווצרות:

אופן היווצרותם של SMBH נותר נושא לוויכוח מדעי רב. אסטרופיסיקאים מאמינים במידה רבה שהם תוצאה של מיזוגים של חור שחור והשגת החומר. אבל איפה ש"זרעים "(כלומר אבות דור) של החורים השחורים הללו הגיעו ממקום זה מתרחשת מחלוקת. נכון לעכשיו, ההשערה הברורה ביותר היא שהם שרידים של כמה כוכבים מאסיביים שהתפוצצו, שנוצרו על ידי הצטברות החומר במרכז הגלקטי.

תיאוריה אחרת היא שלפני שהכוכבים הראשונים שנוצרו בגלקסיה שלנו, ענן גז גדול התמוטט ל"כוכב קוואזי "שהפך לא יציב לפרעות רדיאליות. לאחר מכן הוא הפך לחור שחור של כעשרים המוני שמש ללא צורך בפיצוץ סופרנובה. עם הזמן היא הצטברה במהירות את המסה כדי להפוך לחור ביניים ואז סופר-מסיבי, שחור.

בדגם נוסף, אשכול כוכבים צפוף חווה התמוטטות גרעין כתוצאה מפיזור המהירות בגרעין שלו, מה שקרה במהירויות יחסיות עקב יכולת חום שלילית. אחרונה, ישנה התיאוריה שלפיה ייתכן שחורים קדומים ראשוניים הופקו ישירות בלחץ חיצוני מיד לאחר המפץ הגדול. תיאוריות אלה ואחרות נשארות תיאורטיות בינתיים.

קשת A *:

מספר ראיות מרובות מצביעות על קיומה של SMBH במרכז הגלקסיה שלנו. אמנם לא נערכו תצפיות ישירות על מזל קשת A *, אך נוכחותו הוסקה מההשפעה שיש לו על חפצים מסביב. הבולט שבהם הוא S2, כוכב הזורם מסלול אליפטי סביב מקור הרדיו קשת A *.

ל- S2 תקופת מסלול של 15.2 שנים ומגיעה למרחק מינימלי של 18 מיליארד ק"מ (11.18 מיליארד מיילים, 120 AU) ממרכז העצם המרכזי. רק אובייקט על-מסיבי יכול היה להסביר זאת, מכיוון שלא ניתן להבחין בשום סיבה אחרת. ומהפרמטרים המסלוליים של S2, אסטרונומים הצליחו להפיק הערכות לגבי גודל העצם ומסתו.

לדוגמה, תנועות ה- S2 הובילו את האסטרונומים לחישוב שעל העצם במרכז מסלולו להיות לא פחות מ -4.1 מיליון מסות שמש (8.2 × 10³³ טון מטרי; 9.04 × 10³³ טון אמריקאי). יתר על כן, הרדיוס של אובייקט זה יצטרך להיות פחות מ- 120 AU, אחרת S2 יתנגש בו.

עם זאת, הראיות הטובות ביותר עד כה נמסרו בשנת 2008 על ידי מכון מקס פלאנק לפיזיקה חוצנית וקבוצת המרכז הגלקטי של UCLAs. באמצעות נתונים שהושגו במשך 16 שנה על ידי הטלסקופ הגדול מאוד של ESO וטלסקופ הקק, הם הצליחו לאמוד רק במדויק את המרחק למרכז הגלקסיה שלנו (27,000 שנות אור מכדור הארץ), אלא גם לעקוב אחר מסלולי הכוכבים שם בדיוק רב.

כפי שאמר ריינהרד גנזל, ראש הצוות מהמכון מקס-פלאנק לפיזיקה חוצנית:

“אין ספק שההיבט המרהיב ביותר במחקר ארוך הטווח שלנו הוא שהוא העביר את מה שנחשב כיום לראיה האמפירית הטובה ביותר לכך שחורים שחורים סופר-מסיביים אכן קיימים. מסלולי הכוכבים במרכז הגלקטי מראים כי ריכוז המסה המרכזי של ארבעה מיליון מסות שמש חייב להיות חור שחור, מעבר לכל ספק סביר. "

אינדיקציה נוספת לנוכחותו של מזל קשת A * הגיעה ב- 5 בינואר, 2015, כאשר נאס"א דיווחה על התלקחות רנטגן שוברת שיא שהגיעה ממרכז הגלקסיה שלנו. בהתבסס על קריאות מצפה הרנטגן של צ'נדרה, הם דיווחו על פליטות שהיו בהירות פי 400 מהרגיל. אלה נחשבו כתוצאה של אסטרואיד שנפל לחור השחור, או על ידי הסתבכות קווי שדה מגנטי בתוך הגז הזורם לתוכו.

גלקסיות אחרות:

אסטרונומים גם מצאו עדויות לכך ש- SMBH נמצא במרכז הגלקסיות האחרות בקבוצה המקומית ומחוצה לה. אלה כוללים את גלקסיית אנדרומדה הסמוכה (M31) והגלקסיה הסגלגלה M32, ואת גלקסיית הספירלה הרחוקה NGC 4395. הדבר מבוסס על העובדה שכוכבים וענני גז בסמוך למרכז הגלקסיות הללו מראים עלייה במהירות ניתן לראות.

אינדיקציה נוספת היא גרעינים פעילים גלקטיים (AGN), בהם מתגלים מעת לעת התפרצויות של גלי רדיו, מיקרוגל, אינפרא אדום, אופטי, אולטרה סגול (UV), רנטגן וקרני גאמה מאזורי החומר הקר (גז ואבק) ) במרכז הגלקסיות הגדולות יותר. בעוד שהקרינה אינה מגיעה מהחורים השחורים עצמם, ההערכה היא כי ההשפעה של חפץ כה מסיבי על החומר המקיף היא הגורם.

בקיצור, גז ואבק יוצרים דיסקי התקרבות במרכז הגלקסיות שמקיפים חורים שחורים על-מסיביים, ומאכילים אותם בהדרגה. כוח הכובד המדהים באזור זה דוחס את חומר הדיסק עד שהוא מגיע למיליוני מעלות קלווין, ומייצר קרינה בהירה ואנרגיה אלקטרומגנטית. קורונה של חומר חם נוצרת גם מעל דיסק ההקרדה, ויכולה לפזר פוטונים עד לאנרגיות רנטגן.

האינטראקציה בין השדה המגנטי המסתובב SMBH לבין דיסק ההקרדה מייצרת גם סילונים מגנטיים חזקים שיורים חומר מעל ומתחת לחור השחור במהירויות יחסיות (כלומר בשבריר משמעותי ממהירות האור). מטוסים אלו יכולים להימשך מאות אלפי שנות אור, והם מקור פוטנציאלי שני לקרינה שנצפתה.

כאשר גלקסיית אנדרומדה תתמזג משלנו בעוד כמה מיליארדים שנים, החור השחור העל-מאסיבי שנמצא במרכזו יתמזג עם משלנו ויוצר חור הרבה יותר מסיבי ועוצמתי. אינטראקציה זו עשויה לזרוק כמה כוכבים מהגלקסיה המשולבת שלנו (מייצרת כוכבים סוררים), והיא עשויה גם לגרום לגרעין הגלקטי שלנו (שכיום אינו פעיל) להיות פעיל שוב.

חקר החורים השחורים עדיין בחיתוליו. ומה שלמדנו בעשורים האחרונים בלבד היה מרגש ומעורר השראה. בין אם הם בעלי מסה נמוכה יותר או מסיבית, חורים שחורים הם חלק בלתי נפרד מהיקום שלנו וממלאים תפקיד פעיל בהתפתחותו.

מי יודע מה נמצא כשנצפה לעומק היקום? יתכן כי ביום מן הימים אנו הטכנולוגיה, ותעוזה מוחלטים, קיימים כך שנוכל לנסות להגיע תחת מעטה אופק אירועים. אתה יכול לדמיין את זה קורה?

כתבנו מאמרים מעניינים רבים על חורים שחורים כאן במגזין החלל. הנה מעבר לכל ספק סביר: חור שחור סופר-מסיבי חי במרכז הגלקסיה שלנו, הד הדלקת רנטגן מגלה X-Torus חור שחור-סופר-מסיבי, איך שוקלים חור שחור-סופר-מסיבי? קח את הטמפרטורה שלה, ומה קורה כאשר חורים שחורים סופר-מסיביים מתנגשים?

אסטרונומיה שחקן גם כמה פרקים רלוונטיים בנושא. הנה פרק 18: חורים שחורים גדולים כקטנים, וגם פרק 98: קוואזרים.

עוד דברים לחקור: פרקי אסטרונומיה קאסט, קוואזרים, וחורים שחורים גדולים וקטנים.

מקורות: