המצוד אחר החור השחור הסופר מסיבי במרכז שביל החלב

המצוד אחר החור השחור הסופר מסיבי במרכז שביל החלב

 

מרכז שביל החלב נמצא במרחק של 26,000 שנות אור מכדור הארץ. ממש כמעט מרחק נסיעה מכאן בחללית שנעה במהירות של …99.9999999999999 אחוז ממהירות האור.

מאידך, האסטרופיזיקאית מאוניברסיטת UCLA בקליפורניה פרופ’ אנדראה גז מכירה מקרוב את המרכז הזה כאילו בקרה בו אך אתמול. מאז אמצע שנות התשעים גז מדדה את תנועת הכוכבים בלב ליבה של הגלקסיה שלנו, כאשר היא אוספת עדויות שמרכיבות פאזל לפיו שוכן חור שחור סופר מאסיבי בדיוק במרכז זה של שביל החלב (ראו סרט TED למטה). חור שחור זה נראה כבעל מסה שהיא מעל פי שלושה מיליון ממסת השמש שלנו. מה זה בעצם חור שחור סופר מאסיבי? חורים שחורים הם עצמים אקזוטיים בחלל. חור שחור הוא עצם בחלל הבולע כמות אדירה של מסה אל תוך נפח אפסי. לכן ההבנה של מרכז החור השחור – שהיא קרויה סינגולאריות – היא מחוץ לטווח יכולתו של האסטרופיזיקאי. הפיזיקאים מנסים לשלב בין מכניקת הקוונטים – שמתארת כיצד פועל העולם הזעיר – עם תורת היחסות הכללית – שמתארת את הבנתנו את עולם הכבידה רחב הידיים – והכל כדי להבין מה מתרחש בלב לבו של החור השחור.

 

המצוד אחרי החור השחור במרכז שביל החלב

 

למעשה לפני 30 שנה בערך המדענים החלו חושבים על כי חורים שחורים עשויים להתקיים בגלקסיות בלתי רגילות בעלות גרעינים אקטיביים, דהיינו כאלה שמרכזן הוא אקטיבי. החלו לחשוב שאולי מצוי חור שחור סופר מסיבי במרכזן, כזה שמתדלק את הפעילות הלא רגילה אשר במרכזן. אולי מה שאנו רואים הוא למעשה חומר שנופל היישר אל תוך המפלצות הענקיות האלה שנמצאות במרכז של הגלקסיות האקטיביות האלה? ואולי בכלל לחורים השחורים האלה יש סעודה ענקית שמתדלקת אותם?

מכאן החלו לחשוב, אולי ישנם חורים שחורים נוספים בגלקסיות נוספות? התברר שכנראה במרכזן של כל הגלקסיות שוכן חור שחור סופר מאסיבי. החלו שואלים, אולי גם בגלקסיה שלנו שוכן חור שחור סופר מאסיבי? וכך החלו מחפשים חור שחור גם בגלקסיות רגילות כמו בשביל החלב.

בשנות השמונים הופיע הרמז הראשון לכך שריכוזי מסה גבוהים יותר מופיעים במרכז הגלקסיה שלנו. בתחילה כמובן ניתן היה להסבירו באמצעות הריכוז הנורמאלי של הכוכבים והגז המצוי בגלקסיה. התצפיות לא רכזו את המסה הרגילה לנפח קטן מספיק עדיין כך שידגים את הקיום של חור שחור. לכן מדענים מסוימים הציעו שאולי במרכז הגלקסיה שוכן אוסף של דברים שלא זורח, כמו למשל כוכבים מתים. זו הייתה בהחלט אפשרות סבירה לנוכח הניסויים שבוצעו באותה תקופה. עדיין נותרו רמזים לכך שניתן אולי להדגים חור שחור סופר מאסיבי במרכז הגלקסיה. אולם העדויות לא היו מספיקות דיין לתסריט זה.

כיצד לבסוף יכלו בכל זאת להוכיח את קיומו של חור שחור סופר מאסיבי במרכז של שביל החלב? המפתח להוכחה היה מונח בהדגמת כמות מסה עצומה בנפח זעיר. ועושים זאת בעזרת התנועה של הכוכבים, אומרת גז. האופן שבו הכוכבים נעים סביב מרכז הגלקסיה הוא במידה רבה זהה לאופן שבו הפלנטות נעות סביב השמש. משתמשים במודל של תנועת הפלנטות סביב השמש ובאופן שבו מודדים את מסת השמש. בדיוק באותו האופן מודדים את תנועת הכוכבים שמסתובבים סביב מרכז הגלקסיה ומכאן מנסים למדוד מהי המסה בתוך המסלול הפנימי שלהם. לשם כך יש למדוד את הכוכבים הפנימיים ביותר סביב למרכז במטרה להראות שיש מסה רבה בתוך נפח קטן מאוד. זהו המפתח להוכחת חור שחור סופר מאסיבי.

המחשבה הראשונה שעולה היא שחור שחור סופר מאסיבי הוא גם חור שחור בעל משיכה כבידתית סופר חזקה ולכן למה שלא ישאב את כל שביל החלב ואולי גם את כדור הארץ המרוחק שלנו? מסתבר שתסריט אפוקליפטי זה לא מתרחש (כידוע לנו…) ומרבית העצמים השכנים לחור פשוט מסתובבים סביבו ולא נשאבים לתוכו. צריך להיות מאוד קרוב לחור או לאופק שלו כדי להישאב, למעשה צריכים להיות במרחק שהוא קרוב יותר מהמרחק בין כדור הארץ לשמש. לכן הכוכבים, שהם קרובים לחור הסופר מסיבי, הם סובבים את החור בשלווה ובאין מפריע עד לדעיכתם, בדיוק כמו שהשמש תסתובב סביב מרכז הגלקסיה כל חייה.

 

כיצד לצפות במרכז הגלקסיה?

 

הבעיה שנותרה היא כיצד ניתן לצפות בכוכבים שממוקמים מאוד קרוב למרכז הגלקסיה? באיזה מכשיר אסטרונומי נצפה בהם? כמובן שבעזרת טכניקה רגילה לא ניתן לראותם וכך לא ניתן למודדם. ומדוע? בגלל שהאטמוספרה של כדור הארץ מגבילה את המדידות. כיצד מתגברים על הגבלה זו? ראשית, ניתן לעשות זאת על ידי טלסקופ האבל, שנמצא מחוץ לאטמוספרה בחלל. שנית, ניתן להשתמש גם בטלסקופים על כדור הארץ שיש להם האפשרות לחדור דרך האטמוספרה. זקוקים לטלסקופ מיוחד ולטכניקות מיוחדות. גז וקבוצתה השתמשו בטלסקופ קק Keck, הטלסקופ הגדול בעולם על כדור הארץ – טלסקופ משוכלל יותר מטלסקופ האבל. אומנם הוא לא ממוקם מעל לאטמוספרה, אבל קוטרו הוא פי ארבעה גדול יותר מהאבל, ופירושו שניתן לראות פי ארבע יותר פרטים משניתן לראות בהאבל, אם יודעים כיצד להשתמש בטכניקה ולחדור מבעד לאטמוספרה.

גז החלה במדידות ב-1995 ואת הרמז הראשון היא קבלה ב-1997. גז צפתה ב-2003 בכוכב הראשון שעשה את מסלולו סביב כאילו הוא נמשך סביב על ידי חור שחור סופר מאסיבי במרכז, זאת במקום לנוע רק חצי מסלול סביב.

 

מחקר חדש

 

התברר שיש קשר חזק בין הקיום של החור השחור הסופר מאסיבי במרכז הגלקסיה לקיום הגלקסיה עצמה. למעשה, קיימת קורלציה בין מסת החור השחור למסת מרכז הגלקסיה. ואז נשאלה השאלה מה בא ראשון, האם הביצה או התרנגולת? האם החור השחור הסופר מאסיבי או הגלקסיה? חושבים ששני הדברים באו יחד: מה שאחראי ליצירת הגלקסיה כתוצר לוואי כנראה אחראי ליצירת החור השחור הסופר מאסיבי במרכזה…

 

phot-46a-09-fullres-2

אסטרונומים הבחינו בחור שחור מרוחק כאשר הוא יוצר גלקסיה שלבסוף תהפך לביתו שלו.

על ידי שליחת סילון גז וחלקיקי אנרגיה מאוד אנרגטיים לגלקסיה שכנה החור השחור גרם ליצירת כוכבים בקצב של פי 100 מהממוצע הגלקטי. ולכן מחקר חדש מציע שחור שחור סופר מאסיבי יכול לעורר את היצירה של כוכבים ובכך “לבנות” את הגלקסיה שתארח את עצמו.  הביצה יוצרת תרנגולת…

 

מחקר שיצא עכשיו בתחילת דצמבר ופורסם על ידי קבוצה מצרפת בכתב העת Astronomy & Astrophysics שואל מי בא ראשון, הקוואזר (מקור מעין כוכבי) או הגלקסיה?

הקוואזר הרטיט את לבם של האסטרונומים מזה זמן רב. הוא בגודל קטן יותר ממערכת השמש ופולט חום ואנרגיה רבים, כאשר חלקם נפלטים בצורת סילוני גז וחומר הנעים כמעט במהירות האור. וכך הוא יכול להאיר גלקסיות שלמות ולעידני עידנים. אסטרונומים האמינו שגלקסיות צעירות הזינו את החורים השחורים אשר מצויים במרכזן עד אשר אלה נהפכו לקוואזרים, מקורות האנרגיה המסיביים העצומים. אולם עתה נתגלה קוואזר שנראה כמוליד כוכבים חדשים בהעדר גלקסיה מארחת. מה עושים? הגילוי מציע שקוואזרים יצרו לפחות מספר גלקסיות, ואולי לא התרחיש ההפוך, כפי שחשבו עד כה.

הקוואזר HEO450-2958 שממוקם במרחק של בערך 5 מיליארד שנים מכדור הארץ מתודלק על ידי חור שחור סופר מאסיבי. בניגוד לקוואזרים הידועים האחרים, כאמור לא נמצאה גלקסיה מסביב לקוואזר הזה.

המחשבה הראשונה הייתה: לא יתכן. בטח הגלקסיה שלו מוסתרת על ידי חלקיקי אבק. החוקרים החלו מביטים בחלק האינפראדום הקרוב של הספקטרום, שבו האבק זוהר בבהירות, וזאת תוך שימוש בטלסקופ הגדול מאוד במצפה האירופאי הדרומי. אולם הם לא ראו שום אבק. וכך הם הגיעו למסקנה שהקוואזר הוא ערום לחלוטין.

במקום גלקסיה שמקיפה אותו מצאו את החור השחור הסופר מאסיבי שהפציץ את שכנו באנרגיה וחומר. הפצצה זו היא שגרמה להבזקים הנראים של הולדת הכוכבים. נצפו 350 שמשות חדשות פורצות חדשות כל שנה באזור. בסופו של דבר החור השחור והקוואזר יתמזגו. שני העצמים ממוקמים במרחק של 22,000 שנות אור זה מזה והם נעים זה לקראת זה במהירות של 200 קילומטר לשניה. במונחים של עשרות מיליוני שנים הקוואזר  HEO450-2958 יגיע לחוף מבטחים… 

המאמר:

 

A&A 507, 1359–1374 (2009)

DOI: 10.1051/0004-6361/200912848

c_ ESO 2009

Astronomy

& Astrophysics

Quasar induced galaxy formation:

a new paradigm?

D. Elbaz1, K. Jahnke2, E. Pantin1, D. Le Borgne3,4, and G. Letawe5

1 Laboratoire AIM, CEA/DSM-CNRS-Université Paris Diderot, IRFU/Service d’Astrophysique, Bât.709, CEA-Saclay,

91191 Gif-sur-Yvette Cedex, France

e-mail: delbaz@cea.fr

2 Max-Planck-Institut für Astronomie, Königstuhl 17, 69117 Heidelberg, Germany

3 UPMC Univ. Paris 06, UMR7095, Institut d’Astrophysique de Paris, 75014 Paris, France

4 CNRS, UMR7095, Institut d’Astrophysique de Paris, 75014 Paris, France

5 Institut d’Astrophysique et Géophysique, Université de Liège, Allée du 6 Août 17, Sart Tilman (Bat. B5C), 4000 Liège, Belgium

Received 8 July 2009 / Accepted 17 September 2009

ABSTRACT

Aims. We discuss observational evidence that quasars play a key role in the formation of galaxies, starting from the detailed study of the quasar HE04502958 and extending the discussion to a series of converging evidence that radio jets may trigger galaxy formation.

 

Andrea Ghez: The hunt for a supermassive black hole

 

<a href="http://www.exego.net/admin/

 

 

 

Advertisements

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s