רוחות מסתובבות דלק ענקים קוסמיים: תובנות חדשות של חור שחור מאת ALMA

מדענים זיהו רוח ממוגנטת בגלקסיה סמוכה התומכת בצמיחת העל-מסיבית המרכזית שלה חור שחורהמצביע על מנגנון צמיחה משותף עם היווצרות כוכבים.

חורים שחורים סופר מסיביים מציבים שאלות ללא מענה לאסטרונומים ברחבי העולם, לא פחות מכך "איך הם גדלים כל כך?" כעת, צוות בינלאומי של אסטרונומים, כולל חוקרים מ אוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה בשוודיה, גילו רוח מגנטית מסתובבת עוצמתית שלדעתם עוזרת לחור השחור העל-מסיבי המרכזי של הגלקסיה לצמוח. הרוח המתערבלת, נחשפה בעזרת ה אלמא טלסקופ בגלקסיה הסמוכה ESO320-G030, מצביע על כך שתהליכים דומים מעורבים הן בצמיחת חורים שחורים והן בהולדת כוכבים.

הבנת הצמיחה של חורים שחורים סופר מסיביים

רוב הגלקסיות, כולל שלנו שביל החלב יש להם חור שחור סופר מסיבי במרכזם. איך העצמים המאסיביים להחריד האלה גדלים למשקל של מיליוני או מיליארדי כוכבים היא שאלה ארוכת שנים עבור אסטרונומים.

בחיפוש אחר רמזים לתעלומה זו, צוות מדענים בראשות מארק גורסקי (האוניברסיטה הצפון מערבית ו-Chalmers) וסוזן אלטו (Chalmers) בחרו לחקור את הגלקסיה הקרובה יחסית ESO320-G030, במרחק של 120 מיליון שנות אור בלבד. זוהי גלקסיה פעילה מאוד, שיוצרת כוכבים פי עשרה מהר יותר מאשר בגלקסיה שלנו.

תפקידה של ALMA בפענוח תעלומות גלקטיות

"מכיוון שהגלקסיה הזו מאירה מאוד באינפרא אדום, טלסקופים יכולים לפתור פרטים בולטים במרכזה. רצינו למדוד אור ממולקולות הנישאות על ידי רוחות מליבת הגלקסיה, בתקווה להתחקות אחר האופן שבו הרוחות משוגרות על ידי חור שחור סופר-מאסיבי הולך וגדל או יגדל בקרוב. באמצעות ALMA, הצלחנו לחקור אור מאחורי שכבות עבות של אבק וגז", אומרת סוזנה אלטו, פרופסור לאסטרונומיה רדיו באוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה.

כדי לאפס גז צפוף מקרוב ככל האפשר לחור השחור המרכזי, המדענים חקרו אור ממולקולות של מימן ציאניד (HCN). הודות ליכולתה של ALMA לצלם פרטים עדינים ולעקוב אחר תנועות בגז – באמצעות אפקט דופלר – הם גילו דפוסים המצביעים על נוכחות של רוח ממוגנטת ומסתובבת.

הדינמיקה של המרכז הגלקטי

בעוד רוחות וסילונים אחרים במרכז הגלקסיות מרחיקים חומר מהחור השחור העל-מסיבי, הרוח שהתגלתה לאחרונה מוסיפה תהליך נוסף, שיכול במקום זאת להזין את החור השחור ולעזור לו לצמוח.

"אנו יכולים לראות כיצד הרוחות יוצרות מבנה ספירלי, המתנשא החוצה ממרכז הגלקסיה. כשמדדנו את הסיבוב, המסה והמהירות של החומר הזורם החוצה, הופתענו לגלות שיכולנו לשלול הסברים רבים לעוצמת הרוח, היווצרות כוכבים למשל. במקום זאת, הזרימה החוצה עשויה להיות מופעלת על ידי זרימת גז ונראה שהיא מוחזקת יחד על ידי שדות מגנטיים", אומרת סוזאן אלטו.

תפקידם של שדות מגנטיים בתהליכים גלקטיים

המדענים חושבים שהרוח המגנטית המסתובבת עוזרת לחור השחור לצמוח.

חומר נע סביב החור השחור לפני שהוא יכול ליפול פנימה – כמו מים סביב ניקוז. חומר שמתקרב לחור השחור נאסף בדיסק כאוטי ומסתובב. שם מתפתחים שדות מגנטיים ומתחזקים. השדות המגנטיים עוזרים להרחיק את החומר מהגלקסיה, ויוצרים את הרוח המתפתלת. איבוד החומר לרוח זו גם מאט את הדיסק המסתובב – כלומר החומר יכול לזרום ביתר קלות לתוך החור השחור, ולהפוך טפטוף לנחל.

רוחות גלקטיות: פרספקטיבה השוואתית

עבור מארק גורסקי, הדרך שבה זה קורה מזכירה באופן מדהים סביבה בקנה מידה קטן בהרבה בחלל: מערבולות הגז והאבק שמובילות להולדתם של כוכבים וכוכבי לכת חדשים.

"זה ידוע היטב שכוכבים בשלבים הראשונים של התפתחותם גדלים בעזרת רוחות מסתובבות – מואצות על ידי שדות מגנטיים, בדיוק כמו הרוח בגלקסיה זו. התצפיות שלנו מראות שחורים שחורים סופר מסיביים וכוכבים זעירים יכולים לצמוח בתהליכים דומים, אבל בקנה מידה שונה מאוד", אומר מארק גורסקי.

מחקר עתידי ותעלומות לא פתורות

האם התגלית הזו יכולה להיות רמז לפתרון התעלומה של איך גדלים חורים שחורים סופר-מאסיביים? בעתיד, מארק גורסקי, סוזאן אלטו ועמיתיהם רוצים לחקור גלקסיות אחרות שעשויות להכיל זרימות ספירליות נסתרות במרכזן.

"לא כל השאלות על התהליך הזה נענות. בתצפיות שלנו, אנו רואים עדויות ברורות לרוח מסתובבת המסייעת לווסת את צמיחת החור השחור המרכזי של הגלקסיה. עכשיו כשאנחנו יודעים מה לחפש, השלב הבא הוא לגלות עד כמה מדובר בתופעה שכיחה. ואם זה שלב שעוברות כל הגלקסיות עם חורים שחורים סופר מסיביים, מה קורה איתם אחר כך?" שואל מארק גורסקי.

למידע נוסף על מחקר זה, ראה רוחות מגנטיות מניעות את צמיחת החור השחור בגלקסיה הסמוכה.

עוד על טלסקופ ALMA:

• מערך Atacama Large Millimeter/submillimeter (ALMA), מתקן בינלאומי לאסטרונומיה, הוא שותפות של ESO, הקרן הלאומית למדע בארה"ב (NSF) והמכונים הלאומיים למדעי הטבע (NINS) של יפן בשיתוף עם הרפובליקה של צ'ילה. ALMA ממומנת על ידי ESO מטעם המדינות החברות בה, על ידי NSF בשיתוף עם מועצת המחקר הלאומית של קנדה (NRC) והמועצה הלאומית למדע וטכנולוגיה (NSTC) בטייוואן ועל ידי NINS בשיתוף עם האקדמיה סיניקה (AS) בטייוואן ובמכון קוריאה לאסטרונומיה ומדעי החלל (KASI).
• הבנייה והתפעול של ALMA מובלים על ידי ESO מטעם המדינות החברות בה; על ידי מצפה הכוכבים הלאומי לרדיו אסטרונומיה (NRAO), המנוהל על ידי Associated Universities, Inc. (AUI), מטעם צפון אמריקה; ועל ידי המצפה האסטרונומי הלאומי של יפן (NAOJ) מטעם מזרח אסיה. מצפה הכוכבים המשותף של ALMA (JAO) מספק מנהיגות וניהול מאוחדים של הבנייה, ההפעלה וההפעלה של ALMA.
• אוניברסיטת צ'אלמרס לטכנולוגיה ומצפה החלל אונסאלה היו מעורבים ב-ALMA מאז הקמתה; מקלטים לטלסקופ הם אחת תרומות רבות. מצפה החלל Onsala מארח את המרכז האזורי נורדי אלמה, המספק מומחיות טכנית לפרויקט אלמה ותומך באסטרונומים במדינות הנורדיות בשימוש באלמה.

החוקרים המעורבים במחקר הם מארק גורסקי, סוזנה אלטו, סבין קוניג, קלייר פ. וותר'ס, צ'נטאו יאנג, סבסטיאן מולר, קיוקו אונישי, ממיקו סאטו, ניקלס פלסטד, JG Mangum, ST Linden, F. Combes, S. Martín, M. Imanishi, K. Wada, L. Barcos-Muñoz, F. Stanley, S. García-Burillo, PP van der Werf, AS Evans, C. Henkel, S. Viti, N. Harada, T. Díaz-Santos, JS Gallagher ו-E. González-Alfonso.

בזמן המחקר, החוקרים היו פעילים ב: Chalmers University of Technology, שוודיה; מצפה הכוכבים הלאומי לרדיו אסטרונומיה, ארה"ב; אוניברסיטת מסצ'וסטס באמהרסט, ארה"ב; אוניברסיטת PSL, צרפת; מצפה הכוכבים הדרומי האירופי, צ'ילה; מצפה הכוכבים האסטרונומי הלאומי של יפן; אוניברסיטת קגושימה, יפן; אוניברסיטת וירג'יניה, ארה"ב; Institut de Radioastronomie Millimétrique (IRAM), צרפת; Observatorio Astronómico Nacional (OAN-IGN), ספרד; אוניברסיטת ליידן, הולנד; Max-Planck-Institut für Radioastronomy, גרמניה; האקדמיה הסינית למדעים, יחסי ציבור בסין; אוניברסיטת המלך עבדול עזיז, ערב הסעודית; אוניברסיטאי קולג' בלונדון, בריטניה; מכון לתואר שני ללימודים מתקדמים, יפן; הקרן למחקר וטכנולוגיה-Hellas (FORTH), יוון; האוניברסיטה האירופית קפריסין, אוניברסיטת ויסקונסין, ארה"ב; אוניברסידאד דה אלקלה, ספרד; אוניברסיטת נורת'ווסטרן, ארה"ב.