מחקר: אינטראקציה בין חור שחור לכוכב גילה סוג חדש של חורים שחורים

14 ספטמבר, 2021
סימולציה של tidal distruption event, מתוך מחקרו של אלעד שטיינברג מהאוניברסיטה העברית

סימולציה של tidal distruption event, מתוך מחקרו של אלעד שטיינברג מהאוניברסיטה העברית

מחקר משותף של צמד חוקרים מהאוניברסיטאות העברית ואריזונה מציג דרך חדשה לגילוי מיקומם של חורים שחורים בגודל בינוני ביקום. בעזרת ניתוח מחודש של נתוני רנטגן ותצפיות שנערכו, הצליחו החוקרים למדוד לראשונה גם את המהירות בה חור השחור בינוני מסתובב, ויצרו פתח לגילויים ומחקרים נוספים בתחום

בשנת 2020, פרס הנובל לפיזיקה ניתן לשני תצפיתנים אסטרונומים שגילו חור שחור סופר-מאסיבי במרכז שביל החלב, מרכז הגלקסיה שלנו. מסות עצומות אלה, בטווח בין מיליון לעשרה מיליארד פעמים המסה של השמש שלנו, הופכות למקור עוצמתי של קרינה אלקטרומגנטית. עם זאת, מעט ידוע על קיומם של חורים שחורים בינוניים, הנמצאים במרכז גלקסיות שקטנות יותר משביל החלב. כעת לראשונה מתגלה מידע חדש על אותם חורים שחורים בינוניים - כיצד ניתן יהיה לגלות אותם, מה המהירות הסיבוב שלהם וכיצד הדבר משפיע על העתיד של פיזיקת החלקיקים.

דר ניקולס סטוןמחקר חדש של ד''ר ניקולס סטון ממכון רקח לפיזיקה באוניברסיטה העברית וד"ר שיאסינג וון מאוניברסיטת אריזונה, שפרסם במגזין המדעי The Astrophysical Journal (המציג התפתחויות, תגליות ותיאוריות חדשות בתחומי אסטרונומיה ואסטרופיזיקה), חושף פרטים אלה בעזרת נתונים ותצפיות חדשניות שנאספו לאחרונה. המאמר מתבסס על ההבזק שנוצר ממפגש בין כוכב לחור שחור בגודל בינוני בעל מסה של כעשרת אלפים מסות שמש, שקיבל את השם "J2150" ונמצא במרחק של כמיליארד שנות אור מכדור הארץ.  הרס של כוכב על ידי חור שחור נקרא "Tidal disruption event". עשרות אירועים כאלה נראו במרכזי גלקסיות עם חורים שחורים סופר-מסיבים, ורק קומץ נראה במרכזי גלקסיות קטנות שיכולות להכיל חורים שחורים בינוניים.

עד היום, המידע מתצפיות לא הספיק לקבוע שהבזק כזה נוצר על ידי חור שחור בינוני. בעזרת ניתוח מחודש של המידע מההבזק של קרינת הרנטגן של J2150, והתאמה של מודל תיאורטי מתוחכם יותר, הצליחו החוקרים להראות שהמקור של ההבזק הוא אכן ממפגש של כוכב עם חור שחור בינוני, ובכך יצרו פתח לגילוי של חורים שחורים בינונים נוספים באותה הצורה.

זאת ועוד, החוקרים הצליחו לראשונה למדוד את מהירות הסיבוב של אותו חור השחור וגילו כי מהירות הסיבוב שלו גבוהה מהמצופה, ועומדת על ספין של 0.8 (במדד בין 0 ל-1). תוצאה זו עשויה להיות בעלת השלכות חשובות על פיזיקת החלקיקים ובפרט על התיאוריה הפופולרית שחומר אפל עשוי מחלקיקים מאוד קלים (ultralight dark matter), ובשל כך עד היום לא הצליחו לגלות אותם בניסויי מעבדה. אם חלקיקים אלה באמת קיימים, הם ייצרו אינטראקציה עם החור שחור והאנרגיה של הסיבוב שלו תהפוך לענן של חלקיקים והחור השחור יאט את תנועתו עם הזמן. "לכן, התצפית של חור שחור שמסתובב במהירות זו יכולה לשלול את הקיום של סוגים שונים של חומר אפל, והמדידה של הספין של אותו חור שחור שוללת טווח מסות חדש של חלקיקים אלה", קובע החוקר.

ד"ר סטון הוסיף ואמר כי "אם רוב הגלקסיות הננסיות מכילות חורים שחורים בינוניים, אז רוב ה-Tidal disruption events יופיעו בגלקסיות כאלה. על ידי התאמה של ההבזקים של קרינת רנטגן למודלים התיאורטיים האלה, אפשר יהיה בעתיד לערוך 'מפקד אוכלוסין' של חורים שחורים בינוניים ביקום,  לאחר שיזוהו אירועים נוספים מסוג זה".

לפרסום המדעי: https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ac00b5

לפרסומים בתקשורת: ynet