הרדיו ״מתעורר״: דר' אסף חרש מהאונ' העברית חשף תופעה חדשה ומפתיעה הנוגעת להרס כוכבים על ידי חורים שחורים

דר אסף חרש. צילום - Michael Yakirevich.

החוקר וצוותו הצליחו לחשוף שחרור של הבזקי קרינת רדיו חודשים ושנים לאחר שהכוכב נקרע לראשונה לחתיכות ע"י החור השחור. עד כה לא הצליח אף חוקר להוכיח שקיימים הבזקי קרינת רדיו כאלה, זמן רב יחסית לאחר הרס הכוכב. המחקר אף מוכיח את עוצמת האירוע ואת ההבנה החלקית של עולם המדע בנושא. המחקר פורסם ב-nature astronomy

דיאגרמה להסבר התגלית. קרדיט - דר אסף חרש.

בשנים האחרונות, מתגלים עוד ועוד הבזקי אור נראה (אופטי) בהירים במרכזי גלקסיות. הבזקי האור נמשכים מספר שבועות עד חודשים. הדעה הרווחת היא שהבזקי אור אלו נובעים מאירוע אלים במיוחד, במהלכו כוכב נע קרוב מידי לחור שחור סופר מאסיבי הנמצא במרכז אותה הגלקסיה, ונקרע לגזרים על ידי כוחות הגאות שמפעיל עליו החור השחור. הכוכב חדל להתקיים כשהגז שהרכיב את הכוכב עד כה הופך לזרם של חומר (גז) שחלקו נשאר לחוג מסביב לחור השחור, וחלקו עף במהירות עצומה הרחק מן החור השחור. אירועים מהסוג הזה נקראים אירועי הרס כוכבים על ידי כוחות גאות (Tidal Disruption Events, או בקיצור TDEs).

לאירועים מעין אלה יש חשיבות רבה בתחום של חקר חורים שחורים. ראשית, אנו יודעים כיום שברוב מרכזי הגלקסיות כיום קיים חור שחור סופר-מאסיבי (לדוגמא בגלקסיית שביל החלב שלנו קיים חור שחור במסה של כארבע מיליון מסות שמש, גילוי שעבורו הוענק פרס נובל השנה). בחלק מהגלקסיות החור השחור מוגדר כפעיל - ישנו מאגר גז גדול במרכז הגלקסיה בתצורה של דיסקה, הנקראת דיסקת ספיחה, מסביב לחור השחור וחומר מהדיסקה נספח אל החור השחור. בתהליך זה משתחררת קרינה חזקה וכתוצאה מכך מסביבת החור השחור (אך לא ממנו ישירות) נפלטים סילונים רבי עוצמה שנראים באורכי גל שונים ובמיוחד בקרינת רדיו. ישנם גם חורים שחורים ״רדומים״ שאין מסביבם דיסקה שכזו ולא נפלטת מאזור זה קרינה חזקה באופן יוצא דופן.

tidal disruption event. Image credit - NASA, CXC, M. Weiss.אירועי הרס כוכבים עם ידי כוחות גאות של חור שחור יכולים להתרחש גם בעקבות מעבר של כוכב בסביבה של חורים שחורים אלו (הרדומים כביכול), ובעצם גילוי הבזק הקרינה הזמני כתוצאה מקריעת הכוכב על יד החור השחור הרדום מעידים על קיום אותו חור שחור במרכז אותה הגלקסיה. אירוע זה, אם כך, הוא דרך נוספת לחשוף חורים שחורים. הוא גם מאפשר לנו ללמוד על מבנה החומר הנמצא בסביבה המאוד קרובה של החור השחור, גם בגלקסיות רחוקות, מה שלא מתאפשר בשום דרך אחרת כיום. מעבר לכך אירועים אלו מאפשרים לנו לחקור תהליכים של ספיחת חומר אל החור השחור. לדוגמה, לא ברור לנו כיצד נוצרות דיסקות הספיחה. גם כשהכוכב נקרע לגזרים על ידי החור השחור ישנה שאלה פתוחה מה מוביל להבזק האור שאנו רואים - האם הוא נגרם כתוצאה מספיחה מהירה של החומר של הכוכב אל תוך החור השחור? יש הגורסים שספיחה של חומר מן הכוכב שחדל להתקיים לא יכולה להתרחש באופן מיידי, וזרם החומר שנקרע מהכוכב ממשיך לחוג מסביב לחור השחור, ושגלי הלם שנוצרים מהפגיעה של חלק אחד של הזרם בחלק אחר שלו גורמים להבזק האור שאנו רואים.

קבוצת המחקר בראשות ד״ר אסף חרש מכון רקח לפיסיקה באוניברסיטה העברית, בשיתוף מנהל טלסקופ החלל סוויפט פרופ׳ בראד סנקו, וד״ר יאיר הרכבי מהחוג לאסטרופיזיקה באוניברסיטת תל אביב, חוקרת בעת האחרונה אירועים מהסוג הזה על ידי תצפיות של חיפוש אחר קרינת רדיו המסוגלת להגיע לכדור הארץ ולבשר על פעילות החור השחור. מחקר חדש של הקבוצה התפרסם השבוע בכתב העת המדעי היוקרתי nature astronomy. החוקרים הצליחו להבחין בקרינת רדיו שהתגלתה רק במעט אירועים מן הסוג הזה, ובדרך כלל מעידה על קיומו של חומר המועף מיד לאחר אירוע קריעת כוכב במהירות גבוהה (או מסילון רב עוצמה הנפלט מסביבת החור השחור כתוצאה מהספיחה, אם מתקיימת, של חומר מהכוכב שנהרס בגלל פעילות החור השחור). עם זאת,  בכל המקרים המועטים שבהן התגלתה קרינת רדיו עד כה, באירועים מסוג זה, היא התגלתה כמעט מיד לאחר הרס הכוכב, דבר שמעיד על חומר המועף במהירות גבוהה מסביבת החור השחור באופן מיידי באירוע. הפעם לעומת זאת, הופתעו החוקרים לגלות הבזקי רדיו מהאירוע שנפלטו באיחור של חודשים (ולאחר מכן בנוסף גם שנים) לאחר הזמן בו נהרס הכוכב.

תצפיות הרדיו הרגישות בוצעו במסגרת מחקר על אירוע (המכונה ASASSN-15oi) של הרס כוכב על ידי כוחות גאות של חור שחור, חושפות בפעם הראשונה הבזקי רדיו מאוחרים (בהשהייה) הנפלטים באירועים מסוג זה. אירוע הרס הכוכב התגלה כהבזק אור נראה לעין בפרויקטASASSN . מיד עם גילוי האירוע, ביצע דר' חרש ועמיתיו למחקר תצפית רדיו על האירוע עם טלסקופ הרדיו הידוע בשם ״המערך הגדול מאוד״ (Very Large Array), שבניו מקסיקו בארה״ב (טלסקופ המורכב מ-27 אנטנות רדיו בקוטר של 25 מטר כל אחת).

National Radio Astronomy Observatory Very Large Array Telescope (VLA) בתצפית הראשונה לא התגלתה קרינת רדיו למרות הרגישות הגבוהה של התצפית. החוקרים חזרו על התצפית פעמיים נוספות בשלושת החודשים שלאחר התצפית הראשונה, וגם בתצפיות אלו לא התגלתה כל קרינת רדיו. למרבה הפלא, התעקשותם של החוקרים בראשות דר׳ חרש להמשיך ולבצע בדיקות הייתה משתלמת. "התאוריה הרווחת בשלב זה היא שאם לא התגלתה קרינת רדיו אז לא מצופה שתתגלה קרינה בהמשך", מספר דר' חרש. "עם זאת, החלטנו לצאת מגבולות התחזיות של התיאוריות המוכרות, ולבצע תצפית נוספת כחצי שנה לאחר הזמן שבו התגלה לראשונה האירוע באור נראה לעין, ולהפתעתנו הרבה גילינו קרינת רדיו בהירה. מיד לאחר הגילוי אספנו נתונים נוספים ומפורטים יותר באמצעות טלסקופ הרדיו לאורך כשנה, במהלכה דעכה קרינת הרדיו. בנוסף, גילינו בניתוח נתונים שנאספו כחלק מסקר שמיים גדול (שבוצע על ידי המצפה הלאומי לאסטרונומיית רדיו של ארה״ב באמצעות אותו טלסקופ הרדיו) בשנת 2019 הבזק רדיו נוסף (שני) מאותה נקודה בשמיים, כארבע שנים לאחר הגילוי הראשון של האירוע באור נראה לעין. זו הפעם הראשונה בה מתגלים הבזקי קרינת רדיו המתרחשים בדיליי (השהייה) של חודשים ושנים לאחר האירוע הראשוני בו נהרס כוכב על ידי חור שחור".

ניתוח הממצאים העלה שלוש מסקנות מרכזיות. הראשונה, שאף אחד מהמודלים הסטנדרטים של הרס כוכב על ידי חור שחור לא יכולים להסביר את הבזקי הרדיו המופיעים בהשהייה כל כך ארוכה לאחר הרס הכוכב (ובכלל זה לא את התנהגות קרינת הרדיו שהתפתחה באופן שונה מהדרך בה מתפתחת קרינת רדיו באירועים דומים, בהן התגלתה קרינת רדיו בעבר סמוך לזמן הרס הכוכב). השנייה, שישנה אפשרות שהתפרצויות של קרינות רדיו מאוחרות באירועים אלה הינן תופעות שכיחות ושניתן יהיה לגלות עוד כאלו, ולחקור את התופעה החדשה שהתגלתה אם יערכו תצפיות רדיו בזמנים מאוחרים יותר מכפי שהיה נהוג לעשות עד כה. השלישית, שאפשרי כי חלק מהחומר שנותר מהכוכב ההרוס נספח אל החור השחור ביעילות גבוהה אך לא מיידית, באיחור של מספר חודשים.

"מה גרם לעיכוב זה ומה הוביל בסופו של דבר לספיחה של החומר לחור השחור, אלו שאלות שעדיין נותרו פתוחות. אם אכן התרחשה ספיחת חומר מאוחרת שכזאת, יתכן שייפלט סילון במהירות גדולה לאחר הספיחה, כשהסילון הוא שיהיה אחראי להבזק הרדיו המאוחר אותו גילינו במחקר הנוכחי", מסביר דר' חרש שאף מאמין כי התגלית שלו חשובה כדי להבין כיצד חורים שחורים גדלים (צוברים מסה) ביקום, ואיך הם מתפתחים והופכים להיות סופר-מאסיביים. ספיחת חומר היא דרך אחת לגידול החורים השחורים וגילוי תקופות שבהן מתרחשת גדילה של החור שחור על ידי ספיחה מושהת (אם השערה זו תוכח בהמשך) היא צעד חשוב נוסף להבנת התהליך כולו.

כמו כן, דר' חרש וצוות מחקרו מאמינים כי גילוי התפרצויות רדיו מאוחרות (מושהות) יאפשרו לא רק לחקור את הפיזיקה שמאחורי אירועים אלו, אלא הן יכולות לחשוף ולהעיד על קיומם של חורים שחורים נוספים במרכזי גלקסיות. לדוגמה, לא תמיד יתגלה הבזק אור נראה כשייהרס כוכב על ידי חור שחור, אבל אם כתוצאה מכך ייווצרו מספר הבזקי קרינת רדיו מאוחרים, אלו האחרונים יחשפו את קיומו של החור השחור המעורב באירוע ויאפשרו לחקור אותו. "לאור גילויים אלו אנו נערכים לבצע תצפיות רדיו נוספות על אירועים מסוג זה באמצעות טלסקופי רדיו ברחבי העולם, על מנת לנסות ולגלות הבזקי רדיו נוספים מסוג זה ולרדת לעומק התופעה", מציין דר' חרש.

 

לפרסום המדעי: https://www.nature.com/articles/s41550-021-01300-8

לפרסומים בתקשורת: 

https://www.ynet.co.il/environment-science/article/267U52A39

https://www.haaretz.co.il/science/space/.premium.HIGHLIGHT-MAGAZINE-1.95...

שלושה שיודעים בכאן תרבות [להאזנה, החל מדקה 30:00]: https://www.kankids.org.il/Podcast/item.aspx?pid=21182