בגלקסיה מרוחקת, פלומת גז של חור שחור סופר-מאסיבי הובילו לגילוי של חור שחור קטן יותר במסלולו, מה שמאתגר את התיאוריות הקונבנציונליות של צבירת חור שחור ומציע שמערכות דינמיות כאלה עשויות להיות נפוצות יותר. קרדיט: twoday.co.il.com
ניתוח מגלה זעיר חור שחור חבטות שוב ושוב דרך דיסקית גז של חור שחור גדול יותר.
בלב גלקסיה רחוקה, נראה שלחור שחור סופר מסיבי היה מקרה של שיהוקים.
אסטרונומים מ MITאיטליה, צ'כיה ומקומות אחרים גילו שחור שחור שקט בעבר, היושב במרכזה של גלקסיה במרחק של כ-800 מיליון שנות אור משם, התפרץ לפתע, כשהוא פולט פלומות של גז כל 8.5 ימים לפני שהשתקע בחזרה המצב הרגיל והשקט שלו.
השיהוקים התקופתיים הם התנהגות חדשה שלא נצפתה בחורים שחורים עד כה. המדענים מאמינים שההסבר הסביר ביותר להתפרצויות נובע מחור שחור שני וקטן יותר שמצלצל סביב החור השחור המרכזי, הסופר-מסיבי, ומשליך חומר החוצה מדיסקת הגז של החור השחור הגדול יותר כל 8.5 ימים.
מדענים מצאו חור שחור גדול ש"משהק", פולט פולי גז. ניתוח גילה שחור שחור זעיר חורר שוב ושוב דרך דיסקית הגז של החור השחור הגדול יותר, וגרם לשחרור הפלומות. שדות מגנטיים רבי עוצמה, מצפון ומדרום לחור השחור ומיוצגים על ידי החרוט הכתום, הטילו את הפלומה למעלה והחוצה מהדיסק. בכל פעם שהחור השחור הקטן יותר חורב דרך הדיסק, הוא היה מוציא פלומה נוספת, בתבנית קבועה, תקופתית. קרדיט: חוסה-לואיס אוליברס, MIT
מאתגר את תיאוריות החור השחור
ממצאי הצוות, שפורסמו ב-27 במרץ בכתב העת התקדמות המדע, קרא תיגר על התמונה המקובלת של דיסקים להצטברות חורים שחורים, שמדענים הניחו שהם דיסקים אחידים יחסית של גז המסתובבים סביב חור שחור מרכזי. התוצאות החדשות מצביעות על כך שדיסקות הצבירה עשויות להיות מגוונות יותר בתוכן, אולי מכילות חורים שחורים אחרים ואפילו כוכבים שלמים.
"חשבנו שאנחנו יודעים הרבה על חורים שחורים, אבל זה אומר לנו שיש עוד הרבה דברים שהם יכולים לעשות", אומר מחבר המחקר Dheeraj "DJ" Pasham, מדען מחקר במכון Kavli לחקר אסטרופיזיקה וחלל החלל של MIT. "אנחנו חושבים שיהיו עוד הרבה מערכות כאלה, ואנחנו רק צריכים לקחת יותר נתונים כדי למצוא אותן."
הדמיית מחשב של חור שחור בעל מסה בינונית המקיף חור שחור סופר מסיבי, ומניע פלומות גז תקופתיות שיכולות להסביר את התצפיות. קרדיט: פטרה סוקובה, המכון האסטרונומי של ה-CAS
מחברי המחקר ב-MIT כוללים את הפוסט-דוקטורט פיטר קוסק, הסטודנטית לתואר שני מייגן מאסטרסון, פרופסור חבר ארין קארה, מדען המחקר הראשי רונלד רמילר, ומדען המחקר לשעבר מייקל פאוסנו, יחד עם משתפי פעולה ממספר מוסדות, כולל אוניברסיטת טור ורגטה ברומא, המכון האסטרונומי של האקדמיה הצ'כית למדעים, ואוניברסיטת מסריק בצ'כיה.
"תשתמש בזה או תאבד את זה"
ממצאי הצוות צמחו מזיהוי אוטומטי של ASAS-SN (הסקר האוטומטי של כל השמים עבור SuperNovae), רשת של 20 טלסקופים רובוטיים הממוקמים במקומות שונים ברחבי חצי הכדור הצפוני והדרומי. הטלסקופים סוקרים אוטומטית את כל השמים פעם ביום לאיתור סימנים של סופרנובות ותופעות חולפות אחרות.
בדצמבר 2020, הסקר זיהה פרץ של אור בגלקסיה במרחק של כ-800 מיליון שנות אור. החלק המסוים הזה של השמים היה שקט וחשוך יחסית עד לזיהוי הטלסקופים, כאשר הגלקסיה התבהרה לפתע בפקטור של 1,000. פאשם, שראה במקרה את הגילוי שדווח בהתראה קהילתית, בחר להתמקד בהתלקחות עם נאס"אשל NICER (כוכב הניוטרונים Interior Composition Explorer), טלסקופ רנטגן על סיפון תחנת חלל בינלאומית שמנטרת ברציפות את השמים אחר התפרצויות קרני רנטגן שיכולות לאותת על פעילות מכוכבי נויטרונים, חורים שחורים ותופעות כבידה קיצוניות אחרות. העיתוי היה מקרי, שכן הוא התקרב לסוף התקופה בת השנה שבה היה לפשאם רשות להצביע, או "להפעיל", את הטלסקופ.
"זה היה או להשתמש בזה או לאבד את זה, והתברר שזה היה ההפסקה הכי מזל שלי", הוא אומר.
הוא אימן את NICER לצפות בגלקסיה הרחוקה כשהיא ממשיכה להתלקח. ההתפרצות נמשכה כארבעה חודשים לפני שפרצה החוצה. במהלך הזמן הזה, NICER עשתה מדידות של פליטת קרני הרנטגן של הגלקסיה על בסיס יומי, בקצב גבוה. כאשר פשאם הסתכל מקרוב על הנתונים, הוא הבחין בדפוס מוזר בתוך ההתלקחות של ארבעה חודשים: שקעים עדינים, ברצועה צרה מאוד של קרני רנטגן, שנראה היה להופיע מחדש כל 8.5 ימים.
נראה היה כי פרץ האנרגיה של הגלקסיה ירד מעת לעת כל 8.5 ימים. האות דומה למה שהאסטרונומים רואים כאשר כוכב לכת במסלול חוצה מול הכוכב המארח שלו, וחוסם לזמן קצר את אור הכוכב. אבל אף כוכב לא יוכל לחסום התלקחות מגלקסיה שלמה.
"גירדתי בראשי מה זה אומר כי הדפוס הזה לא מתאים לשום דבר שאנחנו יודעים על המערכות האלה", נזכר פאשם.
ניקוב בזה
כשחיפש הסבר לטבילות התקופתיות, נתקל פאשם במאמר שנערך לאחרונה על ידי פיזיקאים תיאורטיים בצ'כיה. התיאורטיקנים חשבו בנפרד שאפשר, בתיאוריה, שהחור השחור העל-מסיבי המרכזי של הגלקסיה יארח חור שחור שני, קטן בהרבה. החור השחור הקטן יותר הזה יכול להקיף בזווית מדיסקת ההצטברות של שותפו הגדול יותר.
כפי שהציעו התיאורטיקנים, המשני יחבט מעת לעת דרך הדיסק של החור השחור הראשי בזמן שהוא מקיף. תוך כדי כך היא תשחרר פלומת גז, כמו דבורה שעפה דרך ענן אבקה. שדות מגנטיים רבי עוצמה, מצפון ומדרום לחור השחור, יכלו אז לזרוק את הפלונטר למעלה ולצאת מהדיסק. בכל פעם שהחור השחור הקטן יותר חורב דרך הדיסק, הוא היה מוציא פלומה נוספת, בתבנית קבועה, תקופתית. אם הפלימה הזו הצביעה במקרה לכיוון טלסקופ תצפית, היא עשויה לראות את הנוצה כטבילה באנרגיה הכוללת של הגלקסיה, ולחסום לזמן קצר את אור הדיסק כל כמה זמן.
"התרגשתי מאוד מהתיאוריה הזו, ומיד שלחתי להם דוא"ל לומר, 'אני חושב שאנחנו צופים בדיוק במה שהתיאוריה שלך חזתה'", אומר פאשם.
הוא והמדענים הצ'כים חברו לבחון את הרעיון, עם סימולציות ששילבו את התצפיות של NICER על ההתפרצות המקורית, והצניחה הרגילה של 8.5 ימים. מה שהם מצאו תומך בתיאוריה: ההתפרצות שנצפתה הייתה ככל הנראה אות של חור שחור שני וקטן יותר, המקיף חור שחור סופר מסיבי מרכזי, ומנקב מדי פעם את הדיסק שלו.
באופן ספציפי, הצוות מצא שהגלקסיה הייתה שקטה יחסית לפני הגילוי בדצמבר 2020. הצוות מעריך שהחור השחור העל-מסיבי המרכזי של הגלקסיה הוא מסיבי כמו 50 מיליון שמשות. לפני ההתפרצות, ייתכן שלחור השחור הייתה דיסקית צבירה קלושה ומפוזרת שהסתובבה סביבו, שכן חור שחור שני וקטן יותר, בגודל של 100 עד 10,000 מסות שמש, סובב באפלולית.
החוקרים חושדים שבדצמבר 2020, עצם שלישי – ככל הנראה כוכב קרוב – התנדנד קרוב מדי למערכת ונגרס לרסיסים על ידי כוח המשיכה העצום של החור השחור הסופר-מאסיבי – אירוע שאסטרונומים מכירים כ"אירוע שיבוש גאות ושפל. הזרימה הפתאומית של חומר כוכבים הבהירה לרגע את דיסקית ההצטברות של החור השחור כאשר פסולת הכוכב הסתחררה לתוך החור השחור. במשך ארבעה חודשים, החור השחור התענג על פסולת הכוכבים כשהחור השחור השני המשיך להסתובב. בזמן שהוא חבט דרך הדיסק, הוא פלט פלומה הרבה יותר גדולה ממה שהוא היה רגיל, שבמקרה נפלטה ישר החוצה לכיוון הטווח של NICER.
הצוות ביצע סימולציות רבות כדי לבדוק את הטבילות התקופתיות. ההסבר הסביר ביותר, הם מסכמים, הוא סוג חדש של מערכת דוד וגוליית – חור שחור זעיר, בעל מסה בינונית, הרוכסן סביב חור שחור סופר מסיבי.
"זו חיה אחרת", אומר פאשם. "זה לא מתאים לשום דבר שאנחנו יודעים על המערכות האלה. אנו רואים עדויות לאובייקטים שנכנסים ודרכים לדיסק, בזוויות שונות, מה שמאתגר את התמונה המסורתית של דיסק גזי פשוט סביב חורים שחורים. אנחנו חושבים שיש אוכלוסייה עצומה של המערכות האלה בחוץ".
"זו דוגמה מבריקה כיצד להשתמש בפסולת מכוכב מופרע כדי להאיר את פנים גרעין גלקטי שאחרת היה נשאר חשוך. זה דומה לשימוש בצבע ניאון כדי למצוא דליפה בצינור", אומר ריצ'רד סקסטון, אסטרונום קרני רנטגן מהמרכז האירופי לאסטרונומיית החלל (ESAC) במדריד, שלא היה מעורב במחקר. "תוצאה זו מראה כי בינאריות סופר-מאסיביות של חורים שחורים קרובים מאוד עשויים להיות נפוצים בגרעינים גלקטיים, וזו התפתחות מרגשת מאוד עבור גלאי גלי כבידה עתידיים."
מחקר זה נתמך, בחלקו, על ידי נאס"א.
