הכוח של "גרביטי": מערך הטלסקופים שמפצח את חידות החורים השחורים ביקום

בשנים האחרונות, מנסים חוקרים בכל העולם לפצח את חידת החורים השחורים אפופי המיסתורין, שעד לא מזמן היו בגדר... חור שחור. קוואזרים הם חורים שחורים על-מסיביים פעילים, כלומר חורים שחורים ענקיים הסופחים גז מסביבתם בקצב מסחרר. לקוואזרים בפרט, ולחורים שחורים על-מסיביים בכלל, תפקיד מרכזי בהיסטוריה של היקום. קצב גידולם קשור באופן הדוק להתפתחותן של מרבית הגלקסיות, והוא משפיע על צורתן ועל גודלן. עד כה לא ניתן היה למפות בדרך ישירה את מקומם ואת מהירותם של ענני הגז הסובבים חורים שחורים, למעט החור השחור שבמרכז הגלקסיה שלנו.

כעת, קבוצה בינלאומית של אסטרונומים, הכוללת אסטרונומים מאוניברסיטת תל אביב, השתמשה במכשיר חדש, GRAVITY, על מנת לצפות בלב ליבו של הקוואזר 3C273, ולראות, ישירות, את הגז הסובב את החור השחור. תוצאות התצפית המהפכנית התפרסמו בכתב העת היוקרתי Nature.

"לפני יותר מ-50 שנה זיהה האסטרונום מרטן שמידט עצם בהיר ביותר אך רחוק מאוד מאתנו, הקוואזר הראשון 3C273", מספר פרופ' חגי נצר מבית הספר לפיזיקה ולאסטרונומיה באוניברסיטת תל אביב, שהיה שותף לתצפית החדשה. "האנרגיה הנפלטת מעצם זה עולה עשרות מונים על האנרגיה הנפלטת מגלקסיית שביל החלב כולה, על כל 100 מיליארד הכוכבים שבה. למעשה, האנרגיה כה גדולה, עד שהדרך היחידה לייצרה היא על ידי הפיכת אנרגיית כבידה לחום, כלומר על ידי זרימה של כמויות גדולות של גז לתוככי חור שחור ענק".

כמו למדוד מטבע המונח על הירח

כדי לצפות בדיסקת הגז הסובבת את הקוואזר 3C273, קבוצת המחקר הבינלאומית, בראשות אקהרד שטורם (Eckhard Sturm) וג'ייסון דקסטר (Jayson Dexter) ממכון מקס פלנק בגרמניה, השתמשה במכשיר חדש הנקרא GRAVITY. מדידות כאלה לא היו אפשריות עד עתה בגלל גודלו הזעיר של האזור בו נע החומר, בערך כגודלה של מערכת השמש, ומרחקו האדיר מאתנו – 2.5 מיליארד שנות אור. אולם GRAVITY מאפשר לחבר ארבעה טלסקופים ענקיים, כל אחד בקוטר של 8 מטרים, הנמצאים במצפה האירופאי הדרומי בצ'ילה, לכדי מערך הקרוי אינטרפרומטר שהוא בעל יכולת הפרדה השקולה לזו של טלסקופ יחיד בקוטר של 130 מטרים.

ההפרדה הזוויתית שמתקבלת מהמכשיר היא של 10 מיקרו-שניות קשת (החלק ה-100,000 של שניית קשת שהיא 1/3600 ממעלה של קשת). "יכולת הפרדה כזאת שקולה ליכולת למדוד מכדור הארץ את קטרו של מטבע של שני שקלים המונח על הירח", אומר פרופ' נצר.

לפי תנועת ענני הגז

יצוין כי מדידות מסוג שונה לחלוטין של אותם ענני גז, המתבססות על שינויים מהירים בעוצמת האור של קוואזרים, מתבצעות זה שנים. לדברי פרופ' חגי נצר, המדידות הראשונות של 3C273 בשיטה הקודמת נערכו במצפה הכוכבים ע"ש וייז באוניברסיטת תל אביב, ופורסמו בשנת 2000 בעבודת הדוקטור של שי כספי (כיום חוקר באוניברסיטת תל אביב), שעבד בהנחייתו של פרופ' נצר.

"השיטה החדשה, והמדויקת יותר, מאפשרת לקבוע תכונות רבות, כגון גודלו המדויק של האזור, כיוון התנועה של ענני הגז סביבו ואת מסתו המדויקת של החור השחור במרכז", אומר פרופ' נצר. "בעצם אנחנו מסתמכים כאן על חוקי קפלר. כפי שמודדים את מסת השמש לפי מהירות סיבוב כדור הארץ סביב השמש ומרחקו ממנה, כך מדדנו את מסת החור השחור לפי תנועת ענני הגז סביבו, והגענו ל-300 מיליון מסות שמש – תוצאה שהיא בהתאמה טובה לתוצאות שהתקבלו במצפה וייז".

ריינהרד גנזל (Reinhard Genzel) ממכון מקס פלנק, העומד בראש קבוצת המחקר אשר בנתה את המכשיר החדש, מציין את היכולת ליישם בעזרת GRAVITY שיטות שפותחו לחקר החור השחור במרכז גלקסיית שביל החלב לחורים שחורים בגלקסיות נוספות. "קבוצת המחקר עובדת היום על חמישה או שישה גופים אחרים בעלי תכונות דומות", מגלה פרופ' נצר. "בהמשך נבקש לקבל עוד זמן תצפית, ואני מאמין שאחרי מספר שנים נוכל להכליל את התוצאה גם לחורים שחורים קטנים יותר, גדולים יותר ורחוקים יותר, כלומר עתיקים יותר".