רשת בינלאומית של טלסקופי רדיו הפיקה את תמונת התקריב הראשונה אי פעם של צל של חור שחור, אותו חשפו המדענים הבוקר (10 באפריל). שיתוף הפעולה, שנקרא טלסקופ Event Horizon, אישר עשרות שנים של תחזיות כיצד יתנהג האור סביב חפצים כהים אלה, והציב את הדרך לעידן חדש של אסטרונומיה של חור שחור.
ארין בונינג, חוקרת אסטרופיזיקאי וחוקרת חור שחור מאוניברסיטת אמורי, לא אמרה כי "מסולם של אפס למדהים זה היה מדהים".
"עם זאת, זה מה שציפיתי," היא אמרה ל- Live Science.
ההכרזה, שהתגרה במשך כשבוע וחצי מראש, הצליחה להיות מרגשת להפליא וכמעט נטולת פרטים מפתיעים או פיזיקה חדשה. הפיזיקה לא נשברה. לא נחשפו מאפיינים בלתי צפויים של חורים שחורים. התמונה עצמה הייתה כמעט התאמה מושלמת להמחשה של חורים שחורים שאנו רגילים לראות במדע ותרבות הפופ. ההבדל הגדול הוא שמדובר בהרבה יותר מטשטש.
עם זאת, היו מספר שאלות חשובות שקשורות לחורים שחורים שנותרו בלתי פתורים, עם זאת, אמר בונינג.
כיצד מייצרים חורים שחורים מטוסי ענק של חומר חם ומהיר?
לכל החורים השחורים העל-מסיביים יש יכולת ללעוס חומר סמוך, לקלוט את רובו מעבר לאופק האירוע שלהם, ולירוק את שארית החוצה לחלל במהירות האור הקרובה במגדלים בוערים שאסטרופיזיקאים מכנים "מטוסים יחסיים".
והחור השחור במרכז מזל בתולה A (נקרא גם מסיר 87) ידוע לשמצה בזכות המטוסים המרשימים שלו, התפשטות חומר וקרינה בכל חלל. המטוסים היחסיים שלה הם כה גדולים עד שהם יכולים להימלט לחלוטין מהגלקסיה שמסביב.
ופיזיקאים מכירים את המכות הרחבות של איך זה קורה: החומר מאיץ למהירויות קיצוניות כשהוא נופל היטב לכבידה של החור השחור, ואז חלק ממנו בורח תוך שמירה על האינרציה ההיא. אבל מדענים לא מסכימים לגבי הפרטים כיצד זה קורה. תמונה זו והעיתונים המשויכים אליהם אינם מציעים עדיין פרטים.
להבין זאת, אמר בונינג, יהיה עניין לקשר בין תצפיות טלסקופ אופקי אירועים - המכסים שטח קטן למדי - עם התמונות הגדולות בהרבה של מטוסי רלטיביזם.
בעוד שלפיזיקאים אין עדיין תשובות, היא אמרה, יש סיכוי טוב שהם יבואו בקרוב - במיוחד ברגע ששיתוף הפעולה יפיק תמונות של היעד השני שלה: החור השחור העל-מסיבי מזל קשת A * במרכז הגלקסיה שלנו, אשר לא מייצר מטוסים כמו בתולה A. השוואה בין שתי התמונות, אמרה, עשויה להעניק בהירות מסוימת.
איך תורת היחסות הכללית ומכניקת הקוונטים משתלבים זה בזה?
בכל פעם שפיזיקאים מתכנסים לדבר על תגלית חדשה ומלהיבה באמת, אתה יכול לצפות לשמוע מישהו מציע שזה עשוי לעזור להסביר "כוח הכבידה הקוונטי."
הסיבה לכך היא שכוח הכבידה הוא הלא נודע הגדול בפיזיקה. במשך כמאה שנים, פיזיקאים עבדו בשתי קבוצות כללים שונות: תורת היחסות הכללית, המכסה דברים גדולים מאוד כמו כוח משיכה, ומכניקת קוונטים, המכסה דברים קטנים מאוד. הבעיה היא ששני ספרי הכללים הללו סותרים זה את זה ישירות. מכניקת הקוונטים אינה יכולה להסביר את כוח הכבידה, ותורת היחסות אינה יכולה להסביר את התנהגות הקוונטים.
יום אחד, פיזיקאים מקווים לקשר בין השניים לתיאוריה אחידה מפוארת, שסביר להניח שהיא כוללת איזושהי כוח משיכה קוונטי.
ולפני ההכרזה היום, היו ספקולציות כי הדבר עשוי לכלול פריצת דרך כלשהי בנושא. (אם לא היו ניכרים בדימוי תחזיות היחסות הכללית, זה היה מניע את הכדור קדימה.) במהלך תדריך חדשות של הקרן הלאומית למדע, אייברי ברודריק, פיזיקאי מאוניברסיטת ווטרלו בקנדה, ומשתף פעולה על הפרויקט, הציעו לסוג זה של תשובות.
אבל בונינג היה ספקן לגבי הטענה הזו. דימוי זה לא היה מפתיע לחלוטין מנקודת מבט תורת היחסות הכללית, ולכן הוא לא הציע שום פיסיקה חדשה שעשויה לסגור את הפער בין שני התחומים, אמר בונינג.
ובכל זאת, זה לא משוגע שאנשים מקווים לתשובות מהתבוננות מהסוג הזה, היא אמרה, מכיוון שקצה הצל של חור שחור מכניס כוחות רלטיביסטיים לחללים זעירים בגודל קוונטי.
"היינו מצפים לראות את כוח הכבידה הקוונטי מאוד, קרוב מאוד לאופק האירועים או מאוד מאוד מוקדם ביקום המוקדם," אמרה.
אבל ברזולוציה המטושטשת של טלסקופ Event Horizons, היא אמרה, לא סביר שנמצא סוג כזה של אפקטים, אפילו עם שדרוגים מתוכננים נכנסים.
האם התיאוריות של סטיבן הוקינג היו נכונות כמו של איינשטיין?
תרומתו של הפיזיקאי סטיבן הוקינג הגדולה ביותר בקריירה לפיזיקה הייתה הרעיון של "קרינת הוקינג" - שחורים שחורים אינם למעשה שחורים, אלא פולטים כמויות קטנות של קרינה לאורך זמן. התוצאה הייתה חשובה ביותר, מכיוון שהיא הראתה שברגע שחור שחור יפסיק לצמוח, הוא יתחיל להתכווץ לאט מאוד מאובדן האנרגיה.
אבל הטלסקופ של אופקי האירועים לא אישר או הכחיש את התיאוריה הזו, אמר בונינג, לא שאיש ציפה זאת.
חורים שחורים ענקיים כמו זה בבתולה A, אמרה, פולטים רק כמויות מינימליות של קרינת הוקינג בהשוואה לגודלם הכללי. בעוד שהמכשירים המתקדמים ביותר שלנו יכולים כעת לזהות את האורות הבהירים באופק האירועים שלהם, אין סיכוי קטן שהם אי פעם יקניטו את הזוהר האפלולי של משטח חור שחור-מסיבי.
התוצאות הללו, אמרה, ככל הנראה יגיעו מהחורים השחורים הזעירים ביותר - חפצים תיאורטיים וקצרי מועד כל כך קטנים שתוכל לתחום את כל אופק האירועים שלהם בידך. עם ההזדמנות לתצפיות מקרוב, וקרינה הרבה יותר זמינה בהשוואה לגודלם הכללי, אנשים עלולים בסופו של דבר להבין כיצד לייצר או למצוא אחת כזו ולזהות את קרינתה.
אז מה למדנו בעצם מהדימוי הזה?
ראשית, פיזיקאים למדו שאינשטיין צודק, שוב. שולי הצל, עד כמה שאפשר לראות טלסקופ אופקי האירועים, הוא מעגל מושלם, בדיוק כפי שניבאו פיסיקאים במאה העשרים העובדים עם משוואות היחסות הכללית של איינשטיין.
"אני לא חושב שמישהו צריך להיות מופתע כשמבחן נוסף של תורת היחסות הכללית עוברת", אמר בונינג. "אם הם היו הולכים על הבמה ואומרים שתורת היחסות הכללית נשברה, הייתי נופלת מכיסאי."
התוצאה עם השלכות מיידיות ומעשיות יותר, לדבריה, הייתה שהתמונה מאפשרת למדענים למדוד במדויק את המסה של החור השחור העל-מסיבי הזה, שנמצא במרחק של 55 מיליון שנות אור בלב גלקסיית הבתולה א '. זה מסיבי פי 6.5 מיליארד יותר מהשמש שלנו.
זה עניין גדול, אמר בונינג, מכיוון שהוא יכול לשנות את הדרך בה פיזיקאים שוקלים את החורים השחורים העל-מסיביים בלב גלקסיות אחרות, רחוקות יותר או קטנות יותר.
כרגע, לפיזיקאים יש מדידה מדויקת למדי של מסת החור השחור העל-מסיבי בלב שביל החלב, אמר בונינג, מכיוון שהם יכולים לראות כיצד כוח הכובד שלו מזיז כוכבים בודדים בשכונה.
אבל בגלקסיות אחרות הטלסקופים שלנו לא יכולים לראות תנועות של כוכבים בודדים, אמרה. אז פיזיקאים נתקעים במידות גסות יותר: כיצד מסת גומה של החור השחור משפיעה על אור שמגיע משכבות כוכבים שונות בגלקסיה, או כיצד מסתו משפיעה על אור שמגיע משכבות שונות של גז צף חופשי בגלקסיה.
אבל החישובים האלה לא מושלמים, אמרה.
"אתה צריך לדגמן מערכת מורכבת מאוד", אמרה.
ושתי השיטות בסופו של דבר מביאות תוצאות שונות במקצת בכל הפיזיקאים הגלקסיים שמתבוננים בהם. אבל לפחות עבור החור השחור בבתולה A, אנו יודעים כעת ששיטה אחת נכונה.
בסערה החדשותית אמרה סרה מרקוף, אסטרופיסיקאי מאוניברסיטת אמסטרדם ומשתף פעולה בפרויקט, "הנחישות שלנו לגבי 6.5 מיליארד המוני שמש מסיימת לנחות ממש בראש קביעת ההמונים הכבדה יותר.
זה לא אומר שפיזיקאים פשוט יעברו סיטונאית לגישה זו למדידת המוני חור שחור, אמר בונינג. אך היא אכן מציעה נקודת נתונים חשובה לשכלול חישובים עתידיים.
