מבט מקרוב על חור שחור

שנתיים אחרי פרסום התמונה הראשונה של חור שחור, פרסם הצוות של אותו שיתוף פעולה בינלאומי בשם Event Horizon Telescope (או בקיצור EHT) תגלית חדשה ומרתקת. בתצפיות על אותו חור שחור, במרכזה של גלקסיית M87 הנמצאת 53.5 מיליון שנות אור מאיתנו, הם הצליחו למדוד את קיטוב הקרינה הנפלטת מקרבתו, ולהעריך את מצב החומר והשדות המגנטיים סמוך אליו. זו הפעם הראשונה שמדידה כזו נעשית קרוב כל כך לחור שחור.

התמונה המקורית: הצילום של החור השחור בגלקסיית M87 שפורסם לפני שנתיים | מקור: EHT Collaboration

קרינה אלקטרומגנטית, למשל אור נראה, גלי רדיו וקרני רנטגן, היא תנודות (או הפרעות) בשדות חשמליים ומגנטיים. שדות כאלה נוצרים ממטענים ומזרמים חשמליים, כמו אלה שמפעילים את מכשירי החשמל בבית. הגלים האלקטרומגנטיים מתקדמים דרך השדות האלה, כמו גלי מים בבריכה שנזרקת אליה אבן. בניגוד לבריכה, שבה תנודות הגלים מוגבלות לעלייה וירידה של פני המים, בקרינה אלקטרומגנטית השדות יכולים להתנדנד בכל כיוון: לא רק מעלה-מטה, אלא גם ימינה-שמאלה ובכל הזוויות שביניהם. הכיוון שבו מתנדנדים השדות נקרא קיטוב הקרינה. אם אנו מעבירים את הקרינה דרך מסנן מתאים, אנו מקבלים קרינה מקוטבת: כלומר רק גלים שנעים בזווית מסוימת. מקטבי אור הם חומרים שמסננים גלים באופן הזה, ויש להם שימושים רבים שאנו פוגשים בחיי היום יום: ממשקפי שמש דרך שעוני יד ועד טלוויזיות ועד חלונות חכמים.

קרינה מקוטבת ביקום מספקת שפע של מידע פיזיקלי. קיטוב האור סביב החור השחור במרכז גלקסיית M87 | מקור: EHT Collaboration

רוב הקרינה ביקום אינה מקוטבת, כלומר השדות מתנדנדים בפועל בכל הכיוונים האפשריים. כדי שקרינה תהיה מקוטבת, או מקוטבת חלקית, תהליך פיזיקלי כלשהו צריך לקטב אותה, כלומר לייצר רק אור בקיטוב מסוים, או לסנן את האור. מהסיבה הזו, קרינה מקוטבת מספקת כמויות אדירות של מידע, כאשר אנו מצליחים למדוד אותה.

מה זה אור מקוטב ואיך עובד מקטב? הסרטון הזה מספק הסבר פשוט (באנגלית):

שדות וסילונים

החוקרים ב-EHT מדדו את קיטוב הקרינה המגיע מטבעת הגז הפנימית המקיפה את החור השחור במרכז הגלקסיה M87 וגילו כי הקרינה המגיעה מהטבעת מקוטבת. הם גילו גם שפילוג הקרינה אינו אחיד, והקרינה המקוטבת ביותר מגיעה מהרבעון ה"דרום-מערבי" בצילום. זה איפשר לחוקרים להשתמש במודלים כדי להעריך את הצפיפות, הטמפרטורה והשדה המגנטי בגז הנמצא בטבעת המרכזית סביב החור השחור. בדומה לתמונת החור השחור שפורסמה לפני שנתיים, גם מדידות אלה התאפשרו בזכות חיבור בין טלסקופי רדיו קיימים כדי להשיג רזולוציה מרשימה. ההישג המרשים ביותר הוא מדידת קיטוב הקרינה קרוב כל כך לשפתו של החור השחור ברזולוציה כה מדויקת. היכולת לבצע מדידה זו נותנת לנו מידע על השדות המגנטיים שלא הייתה לנו דרך להשיג עד כה. החוקרים חושבים שהשדות המגנטיים החזקים הם אלה שמונעים מחלק מהפלזמה בטבעת ליפול לתוך החור השחור.

מדידה החושפת בפנינו מידע חדש על השדות המגנטיים. גלקסיית M87. בצד ימין ("שעה שתיים") של מרכז הגלקסייה אפשר להבחין בסילון הנפלט ממנו | צילום: מצפה הכוכבים הדרומי האירופי, ESO

המחקר כאמור התמקד בחור השחור של גלקסיית M87. מהחור השחור הענקי שבמרכזה, נפלט סילון עצום של חלקיקים טעונים הנעים במהירות הקרובה למהירות האור. עדיין לא ברור למדענים מהו המנגנון היוצר סילון באורך של כ-5,000 שנות אור. על סמך הדמיות, החוקרים סבורים כי לשדות מגנטיים חזקים יש חלק משמעותי בתהליך של יצירת סילונים כאלה. חקר האור המקוטב סביב החור השחור עשוי לסייע להבין את השדות המגנטיים הפועלים שם, ולהסביר את התופעה.

הסברים אפשריים לתופעות מוזרות. מבט באור מקוטב על הסילון הנפלט ממרכז הגלקסיה M87 | מקור: ALMA (ESO/NAOJ/NRAO), Goddi et al

היכולת למדוד אור מקוטב כה קרוב לחור שחור, והתובנות שהמדענים מפיקים מהמידע החדש על סביבתם של חורים שחורים ענקיים, מעניקות לאסטרופיזיקאים אפשרות להתבונן מחדש לא רק על גלקסיית M87, אלא על עוד חורים שחורים שחורים ענקיים, ולהבין טוב יותר את אחת התופעות המרתקות ביקום שלנו.

רועי רחין הוא דוקטורנט לאסטרופיזיקה בטכניון ומילגאי ע"ש אילן רמון מטעם משרד המדע