תמונה זו מציגה את הצגת האמן את האזורים הפנימיים של קוואזאר המונע על ידי חור שחור-ענקי במרכז. כשדיסק הגז והאבק נופל לתוך החור השחור, הטמפרטורות הגבוהות יוצרות אור. הבדלים באור זה יכולים לעזור לאסטרונומים למדוד את מסת החור השחור.
(תמונה: © Nahks Tr'Ehnl / Catherine Grier (פן סטייט) / SDSS שיתוף פעולה)
חורים שחורים מפלצת מסתתרים במרכזי רוב הגלקסיות ביקום, ועכשיו, טכניקה חדשה מסייעת למדענים למדוד את המסה של כמה מהחורים השחורים הגדולים ביותר ביקום, אפילו כשהם שוכבים במרכזם של קלושים מאוד רחוקים גלקסיות. הגישה החדשה יכולה לשפר באופן דרמטי את הבנת המדענים כיצד התנהגויות אלה מתפתחות ומתפתחות, וכיצד הן משפיעות על התפתחות הגלקסיה.
קתרין גייר, עמיתת פוסט-דוקטורט בפן סטייט, אמרה בהצהרה של Sloan Digital Sky Survey (SDSS), "זו הפעם הראשונה שאנחנו מודדים ישירות המונים לכל כך הרבה חורים שחורים סופר-מסיביים עד כה." גריר הוביל פרויקט למדידת המוני שפע של חורים שחורים סופר-מסיביים כביכול באמצעות נתוני SDSS. היא דיווחה על התוצאות ביום שלישי (9 בינואר) בפגישה של האגודה האמריקאית לאסטרונומיה בנמל הארבור, מרילנד.
גריר אמר כי "המדידות החדשות הללו, ומדידות עתידיות כמוהם, יספקו מידע חיוני לאנשים הלומדים כיצד גלקסיות צומחות ומתפתחות לאורך הזמן הקוסמי". [תמונות: חורים שחורים של היקום]
חורים שחורים במדידה המונית
בהתבסס על עשרות שנים של תצפיות גלקטיות, אסטרונומים כעת משערים כי לבה של כמעט כל גלקסיה גדולה מכיל חור שחור סופר-מסיבי (SMBH). בהמות מפלצתיות אלה יכולות להיות מאסיביות או מיליארדי פעמים מסיביות יותר מהשמש של כדור הארץ. חורים שחורים אינם מקרינים או משקפים אור, כך שלא ניתן לראותם ישירות ב- SMBH. אך כאשר כוח המשיכה של SMBH שואב אבק וגז מהגלקסיה שמסביב, הוא יוצר דיסק מסתחרר של חומר הנופל לחור השחור. החומר הנפלא מתחמם ומתחיל להקרין אור, מה שהופך את החור השחור ל"גלוי "(גם אם בעקיפין). במקרים מסוימים, האור מהדיסקים הללו הופך בהיר יותר מכל הכוכבים בגלקסיה; גלקסיות בהירות להפליא נקראות אז גרעינים גלקטיים פעילים (AGN). ה- AGN הבהיר ביותר נקרא קוואזרים, שאסטרונומים יכולים לראות לאורך כל היקום הנראה; הם מצביעים על נוכחות של חור שחור סופר-מסיבי, על פי ההצהרה.
לחורים שחורים יש רק שלוש תכונות מדידות - מסה, ספין ומטען - כך שחישוב המסה הוא חלק עצום מהבנת חור שחור אינדיבידואלי. בגלקסיות סמוכות, אסטרונומים יכולים לראות כיצד קבוצות של כוכבים וגז מסתובבים במרכז הגלקטי ומשתמשות בתנועות אלה כדי להסיק את מסת החור השחור המרכזי. אולם גלקסיות רחוקות שוכנות כל כך רחוק עד כי הטלסקופים אינם יכולים לפתור את הכוכבים וענני החומר סביב החור השחור, על פי ההצהרה.
טכניקה המכונה מיפוי הדהוד מאפשרת לאסטרונומים למדוד את ההמונים של חורים שחורים אלה. ראשית, החוקרים משווים בין בהירות הגז המקרין באזור החיצוני של הגלקסיה לבין בהירות הגז שנמצא באזור הפנימי של הגלקסיה. (אזור פנימי זה, קרוב מאוד לחור השחור, ידוע כאזור הרצף). הגז באזור הרצף משפיע על הגז המנוע במהירות החוצה. עם זאת, אור לוקח זמן לנסוע כלפי חוץ, או להדהד, וגורם לעיכוב בין השינויים שנראים באזור הפנימי והשפעתם על האזור החיצוני. מדידת העיכוב מגלה עד כמה רחוק דיסק הגז החיצוני מהחור השחור. יחד עם קצב הסיבוב שלה סביב הגלקסיה, הדבר מאפשר לאסטרונומים למדוד את המסה של ה- SMBH, כך אמר Grier ל- Space.com במייל.
אך התהליך איטי עד כאב. על מנת לראות את השפעת הדהוד, חייבים ללמוד גלקסיה בודדת שוב ושוב במשך מספר חודשים, בעוד שקוואזרים רחוקים יכולים לארוך מספר שנים של תצפיות חוזרות, אמרו החוקרים בהצהרה. במהלך 20 השנים האחרונות, האסטרונומים הצליחו להשתמש בטכניקת ההדהדה רק לכ- 60 SMBHs בגלקסיות סמוכות וקומץ קוואזרים רחוקים.
כחלק מפרויקט מיפוי ההחזרה של SDSS, גייר ועמיתיה החלו למפות SMBHs מהר יותר ממה שאפשר בעבר. המפתח למיפוי מהיר יותר זה מגיע מהטלסקופ הייעודי של הפרויקט, הממוקם במצפה הכוכבים אפאצ'י פוינט בסאנסקוט, ניו מקסיקו, שיכול לאסוף נתונים על קוואזארים מרובים בו זמנית, לפי גרר. בימים אלה הוא צופה בשטח השמים המכיל כ 850 קוואזרים.
החוקרים צפו בקוואזרים עם הטלסקופ קנדה-צרפת-הוואי-הוואי והטלסקופ בוק מצפה הכוכבים סטיוורד באריזונה בכיול מדידותיהם של העצמים הקלושים להפליא. בסך הכל, החוקרים מדדו עיכובי זמן הדהוד במשך 44 קוואזרים, והם השתמשו במדידות אלה כדי לחשב מסות של חור שחור שנעו בין 5 מיליון ל- 1.7 מיליארד פעמים מכסת שמש כדור הארץ, כך לפי ההצהרה.
בהצהרה נמסר ארון ברת ', פרופסור לאסטרונומיה מאוניברסיטת קליפורניה, אירווין, "זהו צעד גדול קדימה למדע הקוואזאר. "הם הראו לראשונה שניתן לבצע מדידות קשות אלה בייצור המוני."
המדידות החדשות מגדילות את כשיעור המספר הכולל של מדידות המוניים SMBH הגלקטיות בשני שליש. מכיוון שרבות מהגלקסיות הללו רחוקות מאוד, המדידות החדשות חושפות המוני SMBH מהמשך הזמן אחורה, עד שהיקום היה רק חצי מגילו הנוכחי.
על ידי המשך התבוננות ב 850 הקוואזרים עם הטלסקופ SDSS לאורך מספר רב של שנים, הצוות יצבור שנים של נתונים שיאפשרו להם למדוד המוני קוואזרים חלשים עוד יותר, שלא ניתן למדוד את עיכובי הזמן הארוכים שלהם עם נתונים בודדים של נתונים.
יוע שן, פרופסור באוניברסיטת אילינוי וחוקר הראשי של פרויקט המיפוי של Reverberation Mapping SDSS, אמר כי "קבלת תצפיות על קוואזרים לאורך מספר שנים חיונית להשגת מדידות טובות. "ככל שנמשיך בפרויקט שלנו לפקח על יותר ויותר קוואזרים למשך שנים רבות, נוכל להבין טוב יותר כיצד חורים שחורים סופר-מסיביים צומחים ומתפתחים."
לאחר סיום השלב הרביעי הנוכחי של SDSS בשנת 2020, השלב החמישי, SDSS-V, יתחיל. SDSS-V מציג תוכנית חדשה בשם Black Hole Mapper, שבה החוקרים מתכננים למדוד את המוני ה- SMBH בלמעלה מ -1,000 קוואזארים, תוך התבוננות בקווארים חלשים יותר וותיקים יותר מאשר כל פרויקט מיפוי הדהוד שהצליח אי פעם.
בהצהרה נמסר ניאל ברנדט, פרופסור לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה בפן סטייט וחבר ותיק ב- SDSS, "המפה החור השחור תאפשר לנו לעבור לעידן של מיפוי הדהוד חור שחור-מסיבי בסולם תעשייתי אמיתי. "נלמד יותר על חפצים מסתוריים אלה מאי פעם."
