בשנה שעברה גילו אסטרונומים חור שחור שקט בגלקסיה רחוקה שהתפרץ לאחר שריסוד וצריכת כוכב חולף. כעת חוקרים זיהו אות רנטגן ייחודי שנצפה בימים שלאחר ההתפרצות שנובעת מחומר על סף נפילה לחור השחור.
האות הסיפורי הזה, הנקרא תנודה מעין-תקופתית או QPO, הוא מאפיין אופייני לדיסקי ההקרבה המקיפים לעיתים קרובות את העצמים הקומפקטיים ביותר ביקום - כוכבי גמד לבן, כוכבי נויטרונים וחורים שחורים. QPOs נצפו בהרבה חורים שחורים המוניים מהממים, ויש עדויות מפתה עבורם בכמה חורים שחורים שעשויים להיות המונים במשקל בינוני שבין 100 ל- 100,000 פעמים מהשמש.
עד לממצא החדש, התגלו QPOs רק סביב חור שחור סופר-מסיבי אחד - הסוג המכיל מיליוני המוני שמש ונמצא במרכז הגלקסיות. אובייקט זה הוא הגלקסיה מסוג סייפרט REJ 1034 + 396 שנמצאת בקרבת מקום יחסית 576 מיליון שנות אור.
"תגלית זו מרחיבה את טווח ההגעה אל הקצה הפנימי ביותר של חור שחור הממוקם במרחק של מיליארדי שנות אור, וזה ממש מדהים. זה נותן לנו הזדמנות לחקור את טיבם של חורים שחורים ולבחון את היחסות של איינשטיין בתקופה שהיקום היה שונה מאוד מכפי שהוא כיום, "אמר רובנס רייס, עמית פוסט-דוקטורט של איינשטיין מאוניברסיטת מישיגן באן ארבור. רייס הוביל את הצוות שחשף את אות ה- QPO באמצעות נתונים מטלסקופי סוזאקו וה- XMM-Newton הרנטגן המקיף, ממצא שתואר בעיתון שפורסם היום ב- Science Express.
מקור הרנטגן המכונה סוויפט J1644 + 57 - על שם הקואורדינטות האסטרונומיות שלו בקונסטלציה דראקו - התגלה ב- 28 במרץ, 2011, על ידי הלוויין סוויפט של נאס"א. במקור הניחו כי מדובר בסוג נפוץ יותר של התפרצויות המכונה התפרצות קרני גאמה, אך התפוגגותה ההדרגתית לא תאמה לשום דבר שנראה לפני כן. אסטרונומים התכנסו במהרה עם הרעיון שמה שהם רואים הוא בעקבות אירוע יוצא דופן באמת - התעוררות החור השחור הרדום של גלקסיה מרוחקת כשהוא מגורר ומגביל כוכב חולף. הגלקסיה כל כך רחוקה שאור מהאירוע נאלץ לנסוע 3.9 מיליארד שנים לפני שהגיע לכדור הארץ.
פרטי וידיאו: ב- 28 במרץ, 2011, סוויפט של נאס"א זיהה התלקחויות רנטגן עזות שנחשבו שנגרמו על ידי חור שחור טורף כוכב. בדגם אחד, המצויר כאן, כוכב דמוי שמש על מסלול אקסצנטרי צולל קרוב מדי לחור השחור המרכזי של הגלקסיה. כמחצית מהמיסה של הכוכב מזינה דיסק חורץ סביב החור השחור, שבתורו מפעיל סילון חלקיקים הקורן קרינה לכדור הארץ. קרדיט: מרכז טיסת החלל גודארד של נאס"א / מעבדת דימויים רעיוניים
הכוכב חווה גאות ושפל עזים כשהגיע לנקודה הקרובה ביותר לחור השחור ונקרע במהירות לגזרים. חלק מהגז שלו נפל לעבר החור השחור ויצר סביבו דיסק. החלק הפנימי של הדיסק הזה התחמם במהירות לטמפרטורות של מיליוני מעלות, חם מספיק כדי לפלוט קרני רנטגן. יחד עם זאת, דרך תהליכים שעדיין אינם מובנים לחלוטין, מכוונים מטוסים מנוגדים בניצב לדיסק שנוצר בסמוך לחור השחור. מטוסים אלה פוצצו חומר כלפי חוץ במהירויות העולות על 90 אחוז במהירות האור לאורך ציר הסיבוב של החור השחור. אחד המטוסים האלה פשוט הצביע ישר על כדור הארץ.
תשעה ימים לאחר ההתפרצות, רייז, סטרוחאייר ועמיתיהם צפו בסוויפט J1644 + 57 באמצעות סוזאקו, לוויין רנטגן שהופעל על ידי סוכנות הבדיקה האווירית ביפן בהשתתפות נאס"א. כעשרה ימים לאחר מכן הם החלו במסע פיקוח ארוך יותר באמצעות מצפה הכוכבים XMM-Newton של סוכנות החלל האירופית.
"מכיוון שהחומר במטוס זז כל כך מהר והיה מכוון כמעט לקו הראייה שלנו, השפעות היחסות הגבירו את אות הרנטגן שלו מספיק כדי שנוכל לתפוס את ה- QPO, שאחרת יהיה קשה לזהות במרחק כה גדול "אמר טוד סטרוחמאייר, אסטרופיזיקאי ומחבר משותף למחקר במרכז הטיסה בחלל Goddard בחלל נאס"א בגרינבלט, מד.
כאשר גז חם בדיסק הפנימי ביותר מסתחרר לעבר חור שחור, הוא מגיע לנקודה שאסטרונומים מכנים אותה כמסלול המעגלי היציב ביותר (ISCO). כל קרוב יותר לחור השחור והגז צולל במהירות לאופק האירועים, נקודת האל חזור. הגז הספירמלי כלפי פנים נוטה להיערם סביב ה- ISCO, שם הוא מתחמם בצורה אדירה ומקרין שיטפון של צילומי רנטגן. הבהירות של צילומי רנטגן אלה משתנה בתבנית שחוזרת על עצמה במרווח כמעט קבוע ויוצרת את אות ה- QPO.
הנתונים מראים כי ה- QPO של Swift J1644 + 57 נסע על אופניים כל 3.5 דקות, שממקם את אזור המקור שלו בין 2.2 ל 5.8 מיליון מיילים (4 עד 9.3 מיליון ק"מ) ממרכז החור השחור, המרחק המדויק תלוי כמה מהר החור השחור מסתובב. בכדי לשים את זה בפרספקטיבה, המרחק המרבי הוא רק פי 6 מקוטר השמש שלנו. המרחק מאזור QPO לאופק האירועים תלוי גם במהירות הסיבוב, אך עבור חור שחור מסתובב לפי התיאוריה המרבית המאפשרת, האופק נמצא ממש בתוך ה- ISCO.
"מפקחי QPO שולחים לנו מידע ממש מעברו של החור השחור, וכאן הופכים השפעות היחסות לקיצוניות ביותר", אמר רייס. "היכולת להשיג תובנה על תהליכים אלה לאורך מרחק כה גדול היא תוצאה יפה באמת ומחזיקה בהבטחה רבה."
כיתוב תמונה מוביל: איור זה מדגיש את המאפיינים העיקריים של סוויפט J1644 + 57 ומסכם את מה שגילו אסטרונומים אודותיו. קרדיט: מרכז טיסת החלל גודארד של נאס"א
