חורים שחורים סופר-מסיביים: בהמות גלקטיות

יש חור שחור סופר-מסיבי במרכז הגלקסיה שלנו. אי אפשר לראות אותו ישירות דרך טלסקופים או בעיניים שלנו, אבל אסטרונומים יודעים שהוא שם. למעשה, ישנם חורים שחורים סופר-מסיביים בליבם של גלקסיות רבות. איך אסטרונומים יודעים שמפלצות אלה אורבות בתוך ליבות הגלקסיות? הם משתמשים במגוון שיטות לחקר האור כאשר הוא עובר ליד חור שחור והם גם בוחנים את האזור סביב חור שחור כדי להבין כיצד הוא משפיע על ענני גז, אבק ואפילו כוכבים סמוכים. נכון לעכשיו, החור השחור העל-מסיבי בנתיב החלב, המכונה מזל קשת A *, הוא שקט למדי, והאסטרונומים מפקחים עליו באורכי גל רבים של אור כדי להבין את פעולותיו.

חורים שחורים הם האהובים על סיפורי מדע בדיוני ומדיה. לפעמים הם משמשים כמכשיר עלילה כדי לאפשר איזה טריק נסיעות בין כוכבים. לחלופין, הם מופיעים בנסיעות בזמן או באיזה אלמנט חשוב אחר בסיפור. סיפורי מרתק ככל שיהיו, המציאות שמאחורי הרגלים המוזרים הללו מסקרנת יותר מכפי שכותבים יכולים לדמיין. מהן העובדות סביב חורים שחורים סופר-מסיביים? האם יש מדעים העומדים מאחורי תיאורי המדע הבדיוני של חורים שחורים סופר-מסיביים? בוא נגלה.

בדרך כלל, חורים שחורים סופר-מסיביים הם בדיוק מה ששמם אומר: באמת, חורים שחורים מסיביים באמת. הם מודדים במאות אלפי מסות השמש (מסת שמש אחת שווה למסת השמש) עד מיליארדי מסות שמש. הם בעלי כוח עצום והשפעה מדהימה על הגלקסיות שלהם.

חורים שחורים סופר-מסיביים קיימים בליבות של גלקסיות. המיקום המרכזי הזה מאפשר להם (לפחות באופן חלקי) לעזור להחזיק גלקסיות יחד. כוח המשיכה שלהם כה עצום, בגלל המסה המדהימה שלהם, שאפילו כוכבים במרחק מאות אלפי שנות אור נקשרים במסלול סביבם וליבות הגלקסיה בהן הם חיים.

בכל פעם שאסטרונומים מדברים על חורים שחורים, המאפיין העיקרי בו הם משתמשים המייחד חורים שחורים בין עצמים "רגילים" אחרים היקום היא צפיפות. זו כמות ה"חפצים "הארוזים בנפח של חור שחור. הצפיפות בליבות החורים השחורים היא כה גבוהה עד שהיא למעשה הופכת לאינסופית. באופן ספציפי, נפח (כמות החלל שחור שחור והמסה הנסתרת שלו תופסת) מתקרב לאפס. פירוש הדבר שמדובר במעט יותר מנקודת ציון זעירה בחלל, אבל הנקודה הזעירה הזו, המכונה סינגולריות, מכילה כמות מדהימה של מסה. זה הופך את זה צפוף להפליא. צפיפות זו פרושה בכל אזור החור השחור, מהייחודיות אל אופק האירועים (שזו הנקודה בה כוח המשיכה של החור השחור חזק מכדי שכול יכול לעשות להתנגד.

זה נשמע כאילו ניתן היה לרסק להפליא את פנים החור השחור (מעבר לאופק האירועים), ללא מקום. מעניין שיש ניסוי מחשבה שאומר שהצפיפות הממוצעת של חורים שחורים סופר-מסיביים יכולה למעשה להיות פחות ממה שהאוויר מאוד נושם. למעשה, ככל שהמסה גדולה יותר, כך פחות הצפוף הוא החור השחור העל-מסיבי, אם מחשיבים את כל נפח האזור מהייחודיות לאופק האירועים. המסה תופץ דרך אותו אזור, עם יותר מסה בייחודיות מאשר ב"פאתי ".

אם זה נכון, לא ניתן היה רק ​​לגשת לחור שחור-על-מסיבי, אפשר תיאורטית נופלים לחור שחור סופר-מסיבי ושורדים די הרבה זמן עד שמתקרבים לשטח יחודיות. עם זאת, יש בעיה אחת גדולה: כוח המשיכה. זה כל כך חזק עד שכל מה שחלף על פני אופק האירועים יתפרק בגלל המשיכה הכבדית הקיצונית. כל כך הרבה לנסיעות של חור תולעת!

היווצרות חורים שחורים סופר-מסיביים היא עדיין אחת התעלומות של האסטרופיזיקה. חורים שחורים רגילים הם שרידי הליבה שנותרו מאחור סופרנובה פיצוץ של כוכב מסיבי. ככל שהכוכב מאסיבי יותר, החור השחור שהושאר מאחור מאסיבי יותר.

אפשר, אם כן, להניח שחורים שחורים סופר-מסיביים נוצרים מהתמוטטות כוכב-על. הבעיה היא שמעט כוכבים כאלה התגלו. יתר על כן, הפיזיקה אומרת לנו שהם בכלל לא צריכים להתקיים מלכתחילה. עם זאת, הם כן. הכוכבים המסיביים ביותר הם פי עשרה עד מאה ממסת השמש. כמה ענקי היפר נדירים עשויים להיות עד 300 מסות כוכבים. ובכל זאת, אפילו המפלצות הללו הן רחוקה מזו של סוגי ההמונים שהיו נחוצים כדי ליצור חור שחור סופר-מסיבי. בלשון המעטה: במידת מה יש צורך במיסה רבה יותר בכדי ליצור חור שחור סופר-מסיבי מכפי שהוא מכיל אפילו בכוכבים העל-מסיביים ביותר.

אז אם חפצים אלה לא נוצרים באופן מסורתי של חורים שחורים אחרים, מאיפה החורים השחורים של המפלצת מגיעים? הרעיון המוביל הוא שהם יצרו כחורים שחורים קטנים יותר בהרבה לבניית גדולים. בסופו של דבר, הצטברות המיסה תביא ליצירת חור שחור-על-מסיבי. זוהי תיאוריה היררכית של בניית חור שחור-מסיבי. ישנן כמה בעיות עם התיאוריה הזו מכיוון שהיא מחייבת לחקור חורים שחורים סופר-מסיביים "מסת ביניים". הם יהיו ה"בבי בין הצעד "מחורים שחורים קטנים יותר למפלצות העל-מסיביות. אסטרונומים מתחילים לגלות יותר כאלה ולחקור את המאפיינים הספציפיים שלהם כדי למלא את הפערים בתאוריה ההיררכית.

תיאוריה מובילה נוספת בנושא יצירת חורים שחורים סופר-מסיביים היא שהם נוצרו ברגעים הראשונים שלאחר המופע המפץ הגדול. כמובן שלא הכל מובן לחלוטין לגבי התנאים באותה תקופה על מנת להבין כיצד חורים שחורים מילאו תפקיד ומה דרבן את היווצרותם.

תצפיות על החורים השחורים העל-מסיביים והמוניים הבינוניים הידועים מעלים כי תורת המיזוג היא ככל הנראה ההסבר הפשוט ביותר. בחינת החורים השחורים-העל-מסיביים העתיקים, הרחוקים והמסיביים ביותר, קוואזרים באופן ספציפי, מראה שיש הוכחות לכך מיזוג של גלקסיות רבות שיחק תפקיד. כאשר הגלקסיות מתמזגות, נראה שגם החורים השחורים שלהן. מיזוגים ממלאים תפקיד בעיצוב הגלקסיות שאנו רואים כיום, ולכן הגיוני כי החורים השחורים המרכזיים שלהם עשויים להגיע לנסיעה ולגדול יחד עם הגלקסיות. מעניין, כאשר החורים השחורים האלה מתמזגים, הם שולחים אנרגיה רבה. הפעולה פולטת גם גלי כבידה, אותם אסטרונומים יכולים כעת למדוד.

אם מיזוגים הם התשובה, אז הם מספקים פיתרון חלקי לבעיית החור השחור הביניים. בשני המקרים, התשובה עדיין לא ברורה. צריך לעשות הרבה יותר עבודות כדי להתבונן באפיון הגלקסיות ובחוריהן השחורים.

כשחוזרים למדע בדיוני וחורים שחורים, יש תכונות שמכופפות לחלוטין את התודעה שכותבים השתמשו בהן. סיפורים של מהיר יותר מאשר נסיעה קלה, נסיעה בין כוכבים ונסיעות בזמן פזורות ברומנים מדע בדיוני. יש אפילו תיאוריות לפיה חורים שחורים הם שערים ליקום אלטרנטיבי.

אז האם יש ראיות שתומכות באחד מהרעיונות האלה? למעשה, כן, אם כי רק בנסיבות קיצוניות מאוד. הרעיון להשתמש בחורים שחורים כחורי תולעת שאיכשהו מחברים אותנו לצד השני של היקום קיים כבר עשרות שנים. זו פנטזיה נהדרת ומפוארת שכנראה לא תתממש בקרוב.

האפשרויות אף חושבו באמצעות פיזיקה רצינית תורת היחסות הכללית. כך, תיאורטית, הדברים האלה יכולים לקרות, כפי שהוצג בסרט 2014 בין כוכבים. הפיזיקאי שעבד עם יוצרי הסרט העלה כמה רעיונות תיאורטיים שתמכו בסרט ועבדו מדעית. עם זאת, הטכנולוגיה הנדרשת עדיין אינה זמינה ויש למלא מגוון תנאים מיוחדים. אבל מי יודע - הרבה מהטכנולוגיה שמשתמשים בבני אדם לטיסה כיום נחשבה בעבר גם כבלתי אפשרית.

• חורים שחורים סופר-מסיביים קיימים בליבם של גלקסיות רבות, כולל שביל החלב.
• בחלק מהגלקסיות, כמו גלקסיית אנדרומדה, עשויות להיות יותר מאחת המפלצות הללו.
• כאשר גלקסיות מתמזגות, גם החורים השחורים שלהם יכולים להתמזג.
• חורים שחורים סופר-מסיביים יכולים להסתתר בפנים עד מיליארדי המוני כוכבים.
• לדרך החלב שלנו יש חור שחור סופר-מסיבי שנקרא מזל קשת A *

• מוהון, לי. "חורים שחורים סופר-מסיביים מגדילים את הגלקסיות שלהם." נאס"אנאס"א, 15 בפברואר. 2018, www.nasa.gov/mission_pages/chandra/news/supermassive-black-holes-are-outgrowing-their-galaxies.html.
• Saplakoglu, Yasemin. "אפס במצבים של חורים שחורים סופר-מאסיביים." סיינטיפיק אמריקאי, 29 בספטמבר. 2017, www.scientificamerican.com/article/zeroing-in-on-how-supermassive-black-holes-formed1/.
• “חור שחור סופר-מסיבי | COSMOS. " המרכז לאסטרופיסיקה ומחשוב-על, astronomy.swin.edu.au/cosmos/s/ חור שחור עוצמתי.

נערך ועודכן על ידי קרולין קולינס פיטרסן.