לפני שלוש שנים, הקהילה המדעית של טלסקופ אופק אירועים (EHT) הפתיעה את העולם עם התצלום הראשון של חור שחור שנתפס בגלקסיה השכנה M87. כעת, אותו צוות הראה לראשונה עדויות חזותיות ישירות לכך עם התמונה הראשונה של החור השחור בגלקסיה שלנו, באמצעות תצפיות מרשת עולמית של טלסקופי רדיו.
במאמר זה אנו הולכים לספר לכם כיצד התקבלה תמונה של החור השחור בגלקסיה שלנו ומה ההשלכות שיש לה.
צלם תמונה של החור השחור בגלקסיה שלנו
זהו קשת A*, מקור קרינה משתנה מאוד המשתנה כל הזמן. מדענים משתמשים באלגוריתמים במשך שנים כדי לשחזר את האבולוציה שלו לאורך זמן כאילו היה "סרט", אבל כעת הם הצליחו וצילמו את תמונות הסטילס שלהם.
בנוסף לסט מאמרים שפורסמו במהדורה מיוחדת של The Astrophysical Journal Letters, צוות שיתוף הפעולה של טלסקופ אופק אירועים (EHT) חשף את אבן הדרך היום בסדרה של מסיבות עיתונאים בינלאומיות בו-זמנית ברחבי העולם.
"זוהי התמונה הראשונה של קשת A*, החור השחור הסופר-מאסיבי במרכז שביל החלב, שהוא מסיבי פי 4 מיליון מהשמש. אנו מספקים את העדות החזותית הישירה לקיומם", אמרה שרה עיסאון, עמיתת מחקר אסטרופיזיקאית באוניברסיטת הרווארד, כשהיא נאמה במטה מצפה הכוכבים הדרומי האירופי (ESO) במינכן, גרמניה.
התוצאות סיפקו עדויות מכריעות לכך שהעצם הוא חור שחור וסיפקו רמזים חשובים לגבי פעולתם של כוכבי ענק אלה, שלדעתם נמצאים במרכזן של רוב הגלקסיות.
לפי יותר מ-300 מדענים מ-80 המרכזים המעורבים בגילוי, החור הענק "שוקל" כ-4 מיליון מסות שמש, באזור שאינו גדול ממערכת השמש שלנו, 27.000 שנות אור מהכוכב שלנו. מנקודת המבט שלנו, זה בגודל של סופגנייה על הירח בשמיים.
עדות חזותית ראשונה
התמונה היא מבט המיוחל באובייקט המאסיבי במרכז הגלקסיה שלנו. מדענים ראו כוכבים המקיפים כמה עצמים גדולים מאוד, קומפקטיים ובלתי נראים במרכז שביל החלב. זה מרמז מאוד על כך שהגוף השמימי Sadge A* הוא חור שחור.
למרות שאיננו יכולים לראות את החור השחור עצמו מכיוון שהוא חשוך לחלוטין, הגז הזוהר המקיף אותו חושף תכונה ייחודית: אזור מרכזי כהה (המכונה צל) מוקף במבנה טבעת בהיר. התצוגה החדשה לוכדת אור כפוף על ידי כוח הכבידה העוצמתי של החור השחור.
"הופתענו מכך שגודל הטבעת תואם את התחזיות של תורת היחסות הכללית של איינשטיין", אמר ג'פרי באוור, המדען הראשי של פרויקט EHT במכון לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה, אקדמיה סיניקה, טייפה. "תצפיות חסרות תקדים אלו משפרות מאוד את ההבנה שלנו לגבי מה שקורה במרכז הגלקסיה שלנו לספק תובנות חדשות לגבי האופן שבו חורים שחורים ענקיים מתקשרים עם הסביבה שלהם".
התבוננות באובייקט מרוחק כל כך ידרוש טלסקופ בגודל כדור הארץ, גם אם באופן וירטואלי או שווה ערך, וזה מה שה-EHT יכול להשיג. הוא מורכב משמונה טלסקופי רדיו הממוקמים בצ'ילה, ארצות הברית, מקסיקו, ספרד והקוטב הדרומי. בארה"ב, המופעל על ידי מצפה הכוכבים הדרומי האירופי (ESO) ושותפים בינלאומיים אחרים במדבר אטקמה בצ'ילה, באירופה בולט המכון לאסטרונומיה רדיו מילימטרית (IRAM) בסיירה נבאדה (גרנדה).
ה-EHT צפה במזל קשת A* במשך כמה לילות רצופים, ואסף נתונים במשך שעות, בדומה לשימוש בחשיפה ארוכה במצלמת סטילס. בין טלסקופי הרדיו המרכיבים את ה-EHT, אנטנת ה-IRAM של אורך 30 מטר שיחק תפקיד מכריע בתצפיות, המאפשר להשיג את התמונות הראשונות.
באמצעות טכניקה הנקראת אינטרפרומטריית התייחסות ארוכה מאוד (VLBI, המשתמשת בפעולות מתמטיות במקום בעדשות), שולבו האותות מכל טלסקופי הרדיו והנתונים שלהם עובדו על ידי אלגוריתמים ומחשבי-על כדי לשחזר את התמונה הטובה ביותר.
Thalia Traianou, חוקרת במכון האנדלוסי לאסטרופיזיקה (IAA-CSIC), מוסיפה: "הטכנולוגיה תאפשר לנו להשיג תמונות חדשות של חורים שחורים ואפילו סרטים".
שני חורים שחורים דומים
בנוגע לתמונה של החור השחור בגלקסיה M87 שצולמה ב-2019, מדענים מסכימים ששני החורים השחורים נראים דומים מאוד, למרות שהחור השחור בגלקסיה שלנו הוא קטן יותר מפי 1000 ופחות מסיבי מ-M87*, שנמצא במרחק של 55 מיליון שנות אור. לכוכב הענק יש מסה של 6.500 מיליארד שמשות וקוטר של 9.000 מיליארד קילומטרים, מה שאומר שמערכת השמש עד נפטון תיכנס אליו.
"יש לנו שני סוגים שונים לחלוטין של גלקסיות ושתי מסות שונות מאוד של חורים שחורים, אבל ליד הקצוות של החורים השחורים האלה, הם נראים דומים באופן מפתיע", אמרה סרה מרקוף, יו"ר משותף של ועדת המדע של EHT ופרופסור לאסטרופיזיקה תיאורטית. באוניברסיטת אמסטרדם. זה אומר לנו שתורת היחסות הכללית שולטת בעצמים אלה מקרוב, ושכל ההבדלים שאנו רואים רחוק יותר נובעים מהבדלים בחומר הסובב את החור השחור. »
כך מסביר את זה רוברטו אמפארן, פיזיקאי תיאורטי ופרופסור של ICREA במכון לקוסמולוגיה של אוניברסיטת ברצלונה, ל-SMC ספרד: "כרגע, אנחנו יכולים לומר שהדמיון בין התמונה של M87* מ-2019 ו התמונה הנוכחית מגיעה מ-SgrA * שמראה שבלי קשר לגודל החור השחור, הסביבה הקרובה ביותר לחור השחור דומה מאוד. תצפיות עתידיות יספרו לנו יותר על תכונות החומר הסובב את החור השחור, וייתכן שנוכל לדעת אם האובייקט הוא באמת מה שחזתה התיאוריה של איינשטיין, או 'מתחזה' או 'עתק' אקזוטי יותר".
גונזלו ג'יי אולמו, פרופסור מהמחלקה לפיזיקה תיאורטית ו-IFIC של המרכז ההיברידי של אוניברסיטת ולנסיה וה-CSIC, ודייגו רוביירה-גרסיה, חוקר כשרונות של המחלקה לפיזיקה תיאורטית של אוניברסיטת Complutense במדריד. "למרות שהעצם הזה גדול פי אלף מהעצמים הנצפים היום בשביל החלב, הדמיון שלו לחור השחור ה'קטן' שלנו מראה את כלליות הפיזיקה שמתארת את העצמים הללו", הם מדגישים בפני SMC ספרד.
עם זאת, התוצאות של היום הרבה יותר קשות מ-M87*, אם כי קשת A* קרובה יותר. הצוות היה צריך לפתח כלים חדשים ומתוחכמים כדי להסביר את תנועת הגז סביב Sgr A*. בעוד שה-M87* היא עדשה פשוטה ויציבה יותר, כמעט כל התמונות נראות אותו הדבר, ה-Sgr A* לא.
"גז ליד החור השחור נע באותה מהירות, כמעט במהירות כמו האור, ליד מזל קשת A* ו-M87*," הסביר מדען EHT צ'י-קוואן צ'אן ממצפה הכוכבים סטורד והמחלקה לאסטרונומיה ונתונים. אריזונה, בעוד שלגז לוקח ימים עד שבועות להקיף את ה-M87* הגדול יותר, הקשת A* הקטן בהרבה משלים מסלול בתוך דקות."
"משמעות הדבר היא שהבהירות והתבנית של הגז סביב קשת A* משתנים במהירות כאשר ה-EHT משתף פעולה כדי לצפות בו: זה קצת כמו לנסות לקבל תמונה ברורה של גור שרודף במהירות אחרי זנבוהוא המשיך.
תמונת החור השחור Sgr A* היא ממוצע של התמונות השונות שהצוות שלף, ולבסוף חושף לראשונה את הכוכב הענק במרכז שביל החלב.
אני מקווה שבעזרת המידע הזה תוכלו ללמוד עוד על התמונות שצולמו של החור השחור בגלקסיה שלנו.