תמונה של חור שחור חושפת את המפלצת בלב שביל החלב

בשנת 2019, טלסקופ אופק האירועים (Event Horizon Telescope) פרסם תמונה היסטורית של חור שחור על-מסיבי בגלקסיה אחרת. ההמשך - תמונה של קשת A* - מראה אותו מנצנץ במרכז הגלקסיה שלנו.

היום (12 במאי 2022), יותר משלוש שנים לאחר פרסום התמונה הראשונה אי פעם של חור שחור, מדענים מטלסקופ אופק האירועים (EHT) שיתפו תמונה של קשת A* (מבוטא A-star) - *Sagittarius A - החור השחור העל-מסיבי היושב במרכז גלקסיית שביל החלב שלנו.

התמונה הראשונה אי פעם של קשת A*, החור השחור העל-מאסיבי במרכז גלקסיית שביל החלב.

"זה חלום שמתגשם לאחר עשרות שנים של עבודה", אמר היינו פאלקה (Heino Falcke), אסטרופיזיקאי באוניברסיטת ראדבאוט בהולנד. "תמיד ידעתי שהיום הזה יגיע, אבל מעולם לא ציפיתי שהוא יהיה מיד כל כך ברור ומרשים".

התמונה חושפת מידע חדש על המפלצת של שביל החלב. "הדברים העיקריים שגילינו על קשת A* היו: האם החור השחור מסתובב? כן, הוא כן", אמרה שרה איסאון (Sara Issaoun), אסטרופיזיקאית וחברה בצוות EHT. "ומה הכיוון של החור השחור ביחס אלינו? עכשיו אנחנו די בטוחים שהוא מופנה אלינו פחות או יותר", כשהקטבים מצביעים למעלה ולמטה, כאילו ראינו אותו מנקודה גבוהה מעל קו המשווה שלו.

למרות שהתמונה החדשה נראית מוכרת, החורים השחורים המוצגים בשתי התמונות שונים בתכלית. החור השחור מהתמונה הקודמת יושב במרכז M87, גלקסיה אליפטית עצומה שמשמעותית מסיבית יותר משביל החלב הספירלי שלנו. החור השחור שלו יורה החוצה סילון עצום המופעל על ידי שדות מגנטיים עזים.

קשת A*, לעומת זאת, מסיבי פי 1,000 מהחור השחור של M87 - ארבעה מיליון מול ששה וחצי מיליארד מסות שמש - מה שהופך אותו לקשה הרבה יותר לתצפית למרות קרבתו היחסית. וכשפחות חומר מסתחרר סביבו, קשת A* גם עמום יותר. "יש לו אספקת מסה נמוכה מאד", אמר רוג'ר בלנדפורד (Roger Blandford), אסטרופיזיקאי באוניברסיטת סטנפורד שאינו מעורב ב-EHT. "הוא בעצם הורעב."

אבל למרות ההבדלים הללו, שתי התמונות נראות דומות להפליא. "נדהמנו שקשת A* נראה כל כך דומה לחור השחור המפורסם בגלקסיית M87", אמרה איסאון. "הדמיון הזה מגלה לנו היבט מרכזי של חורים שחורים. לא משנה גודלם, או הסביבה שבה הם מתקיימים, ברגע שאתה מגיע לקצה חור שחור, כוח הכבידה משתלט".

כדי לצלם תמונה של קשת A*, החוקרים נאלצו להתמודד עם אתגרי תצפית ייחודיים. קשת A* קטן - רק פי 30 רחב יותר מהשמש שלנו - ובמרחק של 27,000 שנות אור. מכיוון שהוא קטן יחסית, כל פעילות בקשת A* - כמו תנועת פלזמה על-מחוממת המקיפה אותו - מתרחשת מהר פי 1,000 מאשר בחור השחור של M87. "החומר הסתחרר סביב קשת A* בזמן שצפינו מדקה לדקה", אמרה קייטי בומן (Katie Bouman), מדענית מחשבים במכון הטכנולוגי של קליפורניה, שעזרה לפתח אלגוריתם שיהפוך כמויות אדירות של נתוני EHT לתמונה.

"לקח לנו שנתיים לפרסם את תוצאות ה-M87", אמר הויב יאן ואן לנגוולדה (Huib Jan van Langevelde) מאוניברסיטת ליידן בהולנד, מנהל ה-EHT. "התוצאות הללו מגיעות חמש שנים לאחר התצפיות."

התמונה משנת 2019 של החור השחור העל-מאסיבי והצל שלו במרכז הגלקסיה M87

התמונות החדשות צולמו באפריל 2017 במהלך אותו חלון שבו ה-EHT צילם את התמונה המפורסמת כעת של החור השחור של M87. שמונה טלסקופים אספו תצוגות של קשת A* במהלך 10 לילות רצופים. נפח המידע שנאסף היה עצום, אמר בלקבורן - בנפח של מיליארדי גיגה-בייט. הקבצים שהתקבלו היו גדולים מכדי לעבור דרך האינטרנט. במקום זאת, יותר מ-1,000 כוננים קשיחים הועברו פיזית חזרה לשני מתקני עיבוד, אחד במצפה הייסטק (Haystack Observatory) שליד בוסטון, ואחר במכון מקס פלנק לאסטרונומית רדיו (Max Planck Institute for Radio Astronomy) בבון, גרמניה.

ה-EHT משתמש בטכניקה הנקראת אינטרפרומטריית קו בסיס ארוך מאוד (VLBI) כדי להפיק את התמונות שלו, והופך את כדור הארץ לטלסקופ וירטואלי ענק על ידי שילוב תצפיות של מצפים רבים מהקוטב הדרומי ועד ספרד. פריסת הטלסקופים מאפשרת תמונות חדות יותר, בדיוק כפי שמראה גדולה יותר בטלסקופ אופטי מעניקה תצפיות טובות יותר, אלא שבמקרה זה התצפיות בוצעו באורך גל של 1.3 מילימטרים ולא באורך הגל של האור הנראה. "אורך הגל הזה הוא נקודה מיטבית", אמר קרל גוין (Carl Gwinn), אסטרופיזיקאי מאוניברסיטת קליפורניה בסנטה ברברה שלא היה מעורב בתוצאה. זה איפשר לאסטרונומים להציץ דרך הגז החם המקיף חור שחור על-מסיבי, אבל זה גם מספק את הרזולוציה הדרושה כדי לחשוף את הצל הנובע מאופק האירועים שלו - הנקודה שבה שום אור לא יכול להימלט.

הדמיה של קשת A* היא התוצאה הסופית של עשרות שנים של תצפיות שהחלו ברמזים הראשונים לנוכחותו בשנת 1918, כאשר האסטרונום הארלו שאפלי (Harlow Shapley) הבחין לראשונה בכוכבים הנאספים לכיוון מרכז שביל החלב. תצפיות מאוחרות יותר זיהו פליטות רדיו עוצמתיות שהגיעו מאותה נקודה, והצביעו על נוכחות של עצם מסיבי אך קומפקטי, ככל הנראה חור שחור - תופעה שנחזתה בתורת היחסות הכללית של איינשטיין.

במאה ה-21, מדענים ביססו רעיון זה על ידי מעקב אחר תנועות הכוכבים, מחקר שזכה בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2020. לכוכב אחד במיוחד, בשם S2, יש מסלול אליפטי של 16 שנים שמדענים הצליחו לעקוב אחריו בשלמותו, לזכות במבט ברור (אם כי עקיף) של החור השחור. "יש לו מסלול יפהפה", אמר לוצ'יאנו רצולה (Luciano Rezzolla), אסטרופיזיקאי תיאורטי מאוניברסיטת גתה פרנקפורט בגרמניה וחבר מועצת המנהלים של EHT. "זו מתנה שהטבע נתן לנו."

כעת, לאחר שראינו באופן ישיר את החור השחור הזה, מדענים יחקרו את המורכבויות שלו וישוו אותו לאחיו הגדול בהרבה בתוך M87. "מעבר מדגימה אחת לשתים זו קפיצה גדולה", אמרה שרה גלאגר (Sarah Gallagher) מאוניברסיטת ווסטרן, אסטרופיזיקאית שלא הייתה חלק משיתוף הפעולה של EHT.

שתי התצפיות מפוארות בפני עצמן, תוצאות יפות המהוות "אישור של התהליך המדעי", אמרה גלאגר. אבל לראות את קשת A* הוא קצת יותר יוצא דופן עבור רבים: זהו אובייקט שריתק אותנו כל כך הרבה זמן, ועכשיו, ממש לנגד עינינו, הוא מסנוור אותנו בריקוד שלו. "זהו הישג טכני גדול עוד יותר", אמר בלנדפורד. "זה מקרוב וזה אישי. זה הבית שלנו".

מקורות:

Quanta Magazine

Space

NY Times