חורים שחורים מכופפים את הבנתנו ביקום וחוקי הפיזיקה. כאשר החור השחור מסתובב, הוא גורר איתו את החלל שמסביב, ומעניק לאסטרונומים הזדמנות ללמוד כמה מהתחזיות של איינשטיין לגבי היחסות.
קיומם של חורים שחורים הוא אולי התחזית המרתקת ביותר של תורת היחסות הכללית של איינשטיין. כאשר מסה כלשהי, כמו כוכב, הופכת להיות קומפקטית יותר מגבול מסוים, כוח הכובד שלה עצמו מתחזק כל כך עד שהאובייקט קורס אל נקודה יחידה, חור שחור. במוח הפופולרי, באר הכבידה העצומה הזו היא מקום בו קורים דברים מוזרים. ועכשיו, מרכז לצוות בהובלת אסטרופיזיקה מדד חור שחור מהמסה המסתובב כל כך מהר - כשהוא מסתובב יותר מ- 950 פעמים בשנייה - שהוא דוחף את מגבלת המהירות החזויה לסיבוב.
"הייתי אומר שמשטר הכובד הזה רחוק מניסיון ישיר וידיעה כמו העולם התת-אטומי עצמו", אומר אסטרונום CfA ג'פרי מקלינטוק.
על ידי שימוש בטכניקה למדידת ספין שפותחה במשותף על ידי מקלינטוק והאסטרופיזיקאי CfA ראמש נאראיאן, הצוות השתמש בנתוני הלוויין של רוסי-טיימינג סייר רנטגן של נאס"א על מנת לספק את הקביעה הישירה ביותר עד כה לסיבוב חור שחור.
מקלינטוק ונראייאן הובילו קבוצה בינלאומית המורכבת מרבקה שאפי, המחלקה לפיזיקה באוניברסיטת הרווארד; רונלד רמילארד, מרכז קוולי לחקר אסטרופיסיקה וחלל, MIT; שיין דייויס, אוניברסיטת קליפורניה, סנטה ברברה, ולי-שין לי, מכון מקס-פלאנק לאסטרופיסיקה, גרמניה, במחקר זה. התוצאות מתפרסמות בגיליון היום של כתב העת Astrophysical.
"יש לנו כעת ערכים מדויקים עבור שיעורי הסיבוב של שלושה חורים שחורים," אומר מקלינטוק. "המרגש ביותר הוא התוצאה שלנו למיקרו-קוואר GRS1915 + 105, עם סיבוב שהוא בין 82% ל 100% מהערך המקסימאלי התיאורטי."
"לתוצאה זו השלכות משמעותיות על ההסבר כיצד חורים שחורים פולטים מטוסים, על דוגמנות מקורות אפשריים להתפרצויות קרני גאמה, ועל גילוי גלי כבידה," אומר התיאורטיקן נאראיאן.
מדוע לאסטרונומים אכפת מספין?
"באסטרונומיה חור שחור מתואר לחלוטין על ידי שני מספרים בלבד המפרטים את המסה שלו וכמה מהר הוא מסתובב", אומר מקלינטוק. "איננו יודעים על שום דבר אחר פשוט כל כך פרט לחלקיק יסודי כמו אלקטרון או קווארק."
למרות שאסטרונומים הצליחו במדידת מסת החור השחור, הם התקשו הרבה יותר למדוד את הפרמטר הבסיסי השני של חור שחור, הסיבוב שלו.
"אכן, עד השנה לא הייתה הערכה אמינה של ספין לשום חור שחור", אומר נאראין.
כוח המשיכה של החור השחור כה חזק, שככל שהחור השחור מסתובב, הוא גורר את החלל שמסביב. שולי חור מסתובב זה נקרא אופק האירועים. כל חומר שחוצה את אופק האירועים נמשך אל החור השחור.
"תדר הסיבוב של החור השחור שמדדנו הוא הקצב בו מסתובב זמן החלל או נגרר ממש באופק האירועים של החור השחור", אומר נאראין.
החור השחור במהירות גבוהה, GRS 1915, הוא המסיבי ביותר מבין 20 החורים השחורים הבינאריים הרנטגן של רנטגן שעבורם ידועים המונים כיום, שוקל פי 14 יותר מאשר השמש. זה ידוע בתכונות ייחודיות כמו פליטת סילוני חומר כמעט במהירות האור ושינויים מהירים בפליטת הרנטגן שלו.
במהלך העשורים האחרונים התגלו עשרות חורים שחורים במערכות בינאריות רנטגן. בינארי של רנטגן הוא מערכת בה שני עצמים מקיפים זה את זה, עם גז מאחד - כוכב נורמלי כמו השמש - מועבר בהתמדה לשני - במקרה זה, חור שחור. הגז מסתחרר על החור השחור בתהליך שנקרא accretion. כשהוא מסתחרר, הוא מתחמם למיליוני מעלות ומקרין קרני רנטגן. הצוות השתמש בספקטרום הרנטגן של דיסק ההקרדה של החור השחור כדי לקבוע את הסיבוב שלו.
הטכניקה מבוססת על חיזוי מרכזי של תורת היחסות: גז המצטבר לחור שחור מקרין רק עד לרדיוס מסוים שנמצא מחוץ לחור השחור - מחוץ לאופק האירועים שלו. בתוך רדיוס זה, הגז נופל לתוך החור מהר מכדי לייצר קרינה רבה. הרדיוס הקריטי תלוי בסיבוב של החור השחור, ולכן מדידת רדיוס זה מספקת הערכה ישירה של הסיבוב. ככל שהרדיוס קטן יותר, קרני הרנטגן חמות יותר הנפלטות מהדיסק. הטמפרטורה של קרני הרנטגן, יחד עם בהירות הרנטגן, נותנת את הרדיוס אשר, בתורו, מעניק את קצב הסיבוב של החור השחור.
"זה ממש מגניב להיות מסוגל למדוד משהו בסיסי זה", אומרת רבקה שפי, שהיא סטודנטית לתואר שני במחלקה לפיזיקה באוניברסיטת הרווארד. "השיטה שלנו מאוד פשוטה בתפיסה וקלה להבנה. אנחנו באמת בני מזל שיש לנו מצפים רנטגן עוצמתיים כמו סייר התזמון הרוסי של רוסי בחלל וטלסקופים על כדור הארץ כדי לבצע את המדידות שאנחנו צריכים. "
תוצאות הצוות עשויות להיעזר בחיפוש אחר הגורם להתפרצויות קרני גאמא, שיכולות להיות לרגע הפלאש הבהיר ביותר ביקום. האסטרופיזיקאי התיאורטי סטן וווסלי מאוניברסיטת קליפורניה, סנטה קרוז, תכנן פרצי קרני גאמה על פי קריסת כוכב מסיבי. דגמים אלה, לעומת זאת, תלויים בקיומם של חורים שחורים עם סיבוב גבוה מאוד, שעד כה מעולם לא אושרו.
"זה חשוב ביותר", אומר וווסלי. "לא היה לי מושג שניתן היה לבצע מדידות כאלה."
העיתון מסיק כי GRS 1915 ושני החורים השחורים האחרים שנחקרו על ידי הצוות נולדו עם הסיבובים הגבוהים שלהם. כלומר הגרעין המתמוטט של הכוכב המסיבי המקורי שפך את המומנטום הזוויתי שלו לתוך החור השחור.
"מאז שהקהילה הבינה לפני שנים רבות כיצד למדוד מסת שחורה, מדידת סחרור הייתה הגביע הקדוש בתחום זה," אומר מקלינטוק. "ניתן ליישם את הטכניקה בה השתמשנו ב- GRS 1915 על מספר בינארי רנטגן חור שחור. אנחנו לא יכולים לחכות לראות מה אנחנו מוצאים! '”
"אחת התקוות המוצלחות שלנו היא שמערכות החורים השחורים אותם אנו לומדים יילמדו גם על ידי קבוצות אחרות בשיטות המועדפות עליהם למדידת סיבוב," אומר נאראין. "ברגע ששיטות אחרות אלה יתפתחו הלאה ויהפכו אמינות יותר, ההשוואה בין תוצאות השיטות השונות תהיה מעניינת ביותר."
המקור המקורי: פרסום חדשות CfA
