דיסקה בהפתעה
צוות מחקר בין-לאומי, שבו שותף פרופ’ ארי לאור מהפקולטה לפיזיקה בטכניון, הופתע לגלות בגלקסיה NGC 3417 דיסקת גז שקיומה מנוגד לניבויים האסטרופיזיקליים המקובלים. הגילוי מבוסס על תצפיות של טלסקופ החלל האבל
פרופ’ ארי לאור
כמו שאר חברי הצוות הבין-לאומי שבו הוא שותף, גם פרופ’ ארי לאור מהפקולטה לפיזיקה בטכניון הופתע מהממצא המרכזי בתצפית שערך הצוות ב-17 במאי 2018: קיומה של דיסקת גז במקום שבו היא לא הייתה אמורה להימצא לפי התאוריות האסטרופיזיקליות המקובלות. גילויה של הדיסקה המפתיעה מסביב לחור השחור במרכזה של הגלקסיה NGC 3417, הנמצאת 130 מיליון שנות אור מאיתנו, נעשה באמצעות טלסקופ החלל האבל.
לדברי פרופ’ לאור, “צפינו על מרכז הגלקסיה NGC 3147, שם נמצא חור שחור מאסיבי שמסתו גדולה פי 300 מיליון ממסת השמש שלנו. בניגוד לכל התחזיות גילינו שם דיסקת גז דקה הסובבת במהירות עצומה – יותר מעשירית ממהירות האור – קרוב מאוד לחור השחור.”
חורים שחורים מאסיביים נמצאים במרכזן של רוב הגלקסיות, אולם רק בחלק קטן מהגלקסיות קיימת דיסקת ספיחה שדרכה נופל הגז אל החור השחור. בתהליך זה משתחררת קרינה העשויה לעלות בעוצמתה על הקרינה מכל הכוכבים בגלקסיה.
בגלקסיה NGC 3147 סובל החור השחור מ”תת תזונה”; כמות קטנה מאוד של גז מגיעה למרכז ומייצרת כמות זעומה בלבד של קרינה. במקרה זה הגז צפוי להישאר דליל ומפוזר ולא ליצור את מבנה הדיסקה. לדברי פרופ’ לאור, “התייחסנו לחור השחור של NGC 3147 כאל מועמד מושלם לאישוש התאוריה שלפיה, מתחת לבהירויות מסוימות, מפסיקה דיסקת הספיחה להתקיים. מה שראינו היה לחלוטין בלתי צפוי: מצאנו גז המסתחרר סביב החור השחור, שאת המאפיינים שלו אי אפשר להסביר ללא קיומה של דיסקת ספיחה דקה בקרבת החור השחור.”
הדיסקה שהתגלתה נמצאת בעומק שדה הכבידה של החור השחור, כך ששדה הכבידה מסיט את האור לאורכי גל גדולים יותר – תהליך הקרוי הסחה לאדום. עקב המהירויות הגבוהות פועל גם אפקט הפוך המסיט חלק מהאור לאורכי גל קצרים יותר. לדברי המחבר הראשי של המחקר, סטפנו ביאנקי מהאוניברסיטה של רומא, “הדיסקה שגילינו קרובה כל כך לחור השחור, שעוצמת הכבידה ומהירות הגז משפיעות משמעותית על חלקיקי האור, ולא נוכל להבין את המידע שנאסף אם לא נכלול את האפקטים של תורת היחסות הפרטית והכללית.” לדברי מרקו קיאברג’ה, שהשתתף במחקר, “מעולם לא ראינו בבירור כזה, ובאור נראה, אפקטים של יחסות פרטית וגם של יחסות כללית.” קיאברג’ה הוא חוקר בסוכנות החלל האירופית, במכון המדע של טלסקופ החלל ובאוניברסיטת ג’והנס הופקינס. האפקט הכולל יוצר חתימה אופיינית לגז יחסותי הנע סביב חור שחור, חתימה שפרופ’ לאור חישב ב 1991. האפקטים שנמדדו אכן מתאימים בדיוק לחישוב התיאורטי.
התגלית הדרמטית מבוססת, כאמור, על תצפיות שביצע טלסקופ החלל האבל באמצעות מכשיר הקרוי ספקטרוגרף. מכשיר זה מאפשר למדוד בצורה מדויקת את התפלגות המהירויות של הגז הפולט קרינה. לדברי החוקרים, “ללא טלסקופ החלל לא הינו יכולים לבצע את התצפית, כיוון שעוצמת ההארה של הכוכבים בגלקסיה גוברת עשרות מונים על הקרינה החלשה יחסית שפולט החור השחור. ההפרדה הזוויתית הגבוהה של טלסקופ החלל איפשרה לבודד ולמדוד את הקרינה מסביבת החור השחור בלבד.”
החוקרים מקווים למצוא, באמצעות האבל, דיסקות דקות דומות בקרבת חורים שחורים בגלקסיות נוספות, וללמוד בשיטה זו על מבנה הדיסקות ואולי אף על הסיבוב של החור השחור עצמו.
פרופ’ ארי לאור הוא אסטרופיזיקאי המתמחה בחורים שחורים. ב-1995 הוא הצטרף לסגל הפקולטה לפיזיקה בטכניון אחרי דוקטורט באוניברסיטת תל אביב ופוסט-דוקטורט בפרינסטון ובמכון הטכנולוגי של קליפורניה.
קישור למאמר בכתב העת Monthly Notices of the Royal Astronomical Society
קישור לתיאור מפורט יותר באתר הפקולטה לפיזיקה בטכניון
לתמונות מהמחקר לחצו כאן
קרדיט : Hubble image: NASA, ESA
קרדיט: Hubble image NASA, ESA
קרדיט: Hubble image NASA, ESA