חורים שחורים – חלק 1 – המרכז האסטרונומי

בלא מעט פוסטים על גלקסיות אנחנו מדברים על חורים שחורים שנמצאים במרכזן.

מה זה בכלל חור שחור, איזה סוגים של חורים שחורים קיימים, ואם חור הוא שחור – למה מרכזי גלקסיות בהירים מאוד?

ננסה לענות על שאלות אלה ועוד בסדרת פוסטים בנושא.

נתחיל בסוגים השונים של חורים שחורים:

– חור שחור ננסי

– חור שחור כוכבי

– חור שחור סופר מסיבי

בפוסט הזה נדבר על איך נוצרים חורים שחורים כוכביים.

בקצרה, חור שחור הוא אובייקט שכוח הכבידה שלו כל כך חזק שאפילו האור לא יכול לברוח ממנו.

חור שחור כוכבי נוצר כאשר כוכב מסיבי בעל מסה של פי 20 ומעלה מהשמש שלנו מסיים את הדלק שלו ומת.

קצת על כוכבים ולמה הם מתים בסופו של דבר. כוכבים מייצרים אור וחום על ידי תהליך של היתוך גרעיני בליבתם. תהליך זה והאנרגיה שהוא מייצר מתנגד לכוח הכבידה שמנסה כל הזמן למוטט את הליבה אל תוך עצמה. כאשר נגמרים היסודות הקלים כמו מימן כוכבים מסיביים עוברים להתיך יסודות כבדים יותר. זה מתבטא ביותר אנרגיה שנפלטת מהם וגורם לשכבות החיצוניות להתרחק ממרכז הכוכב. בשלב זה הכוכב הופך להיות סופר ענק אדום.

היסוד האחרון בשרשרת ההיתוך הוא לברזל. לברזל יש תכונה שההיתוך שלו בולע יותר אנרגיה מאשר אנרגיה שנפלטת וברגע שכמות האנרגיה פוחתת, אין יותרמה שיעצור את התמוטטות הליבה אל תוך עצמה והיא קורסת בצורה כמעט מיידית. כמה רחוק היא קורסת? לנקודה. כן, חלק עצום מכוכב גדול קורס לתוך נקודה זעירה שאפשר להחזיק בכף היד אבל לא ממש רצוי.

בזמן הקריסה, כוח הכבידה מושך פנימה גם את הליבה וגם חלק מהשכבות החיצוניות. הקריסה גם מייצרת פרץ אנרגיה עצום שבסופו של דבר הודף את השכבות החיצוניות בפיצוץ אדיר ומפזר אותן לכל עבר. פיצוץ זה נקרא סופרנובה. סופרנובה הוא תהליך מאוד חשוב במארג החיים הקוסמי. בגלל עוצמתו, השכבות החיצוניות שנהדפות לחלל עוברות תהליך של היתוך נוסף ובו נוצרים יסודות כבדים אף יותר כמו זהב, סידן ועוד. מערכת השמש שלנו וכוכבי הלכת נוצרו מערפילית שחלקה ספג שאריות סופרנובה ועל כן ניתן למצוא זהב בכדור הארץ! כן, כך נוצר זהב וכך נוצר הסידן שמרכיב את עצמות הגוף שלנו.

נחזור לליבת הכוכב שקרסה לנקודה זעירה. אותה נקודה היא המרכז של חור שחור ונקראת סינגולריות. מכיוון שמדובר בנקודה בעלת מסה עצומה, כוח הכבידה שהיא מייצרת הוא כל כך עצום עד שאפילו אור שמתקרב לחור שחור לא מסוגל לברוח ממנו. על כן לא ניתן לראות חור שחור בצורה ישירה כי הוא פשוט לא פולט אור ונראה שחור. המסה של חור שחור כוכבי יכולה להגיע לעשרות פעמים השמש שלנו! וכל זה מרוכז בנקודה!

על מנת להיות מסוגלים להתרחק מאובייקט בעל כבידה יש צורך להגיע למהירות הנקראת מהירות בריחה. לצאת מכוח המשיכה של כדור הארץ לדוגמא יש צורך במהירות של קצת יותר מ 11 קילומטרים בשניה. מהירות הבריחה מהשמש כבר מטפסת ל 615 קילומטרים בשניה. האור עצמו הוא הדבר המהיר ביותר שמוכר לנו ביקום. מהירותו היא 300,000 קילומטרים בשניה ואפילו הוא לא מסוגל לברוח מלפיתתו של חור שחור.

חשוב לציין שכאשר מדברים על הגבול של חור שחור, אותו מקום ממנו אפילו אור לא יכול לצאת, לא מדברים על הנקודה הזעירה שבמרכזו. אותו הגבול מקיף את החור השחור ונקרא אופק האירועים. אופק האירועים גדול יותר ככל שהמסה של החור השחור (אותה נקודת סינגולריות) גבוהה יותר. הוא נקרא אופק האירועים כי הוא מהווה גבול שלא ניתן לראות שום דבר מעבר לו, מעין אופק.

מילת הרגעה: אין ממש מה לדאוג, חורים שחורים הם לא אוכלי כל. כוח הכבידה יורד משמעותית ככל שמתרחקים מאובייקט ועל כן רק מה שהתקרב יתר על המידה אל חור שחור יפול לתוכו.

לסיכום. כוכבים הם בתי חרושת ליסודות כבדים והם לא חיים לנצח. חור שחורי כוכבי נוצר כאשר כוכב מסיבי מת והליבה שלו קורסת לנקודה. אותה הנקודה מוקפת באופק אירועים – אותו גבול שכל מה שעובר אותו כבר לא יצא ממנו, אפילו לא אור ועל כן מקבלים חור שחור.

בפוסטים הבאים נדבר על איך בכל זאת מדענים הצליחו לגלות חורים שחורים, מה קורה לחומר שנופל לתוך חור שחור, האם חורים שחורים חיים לנצח ולמה חורים שחורים במרכזי גלקסיות נראים זוהרים

קרדיט לאילוסטרציה: Credits: NASA/CXC/M.Weiss

המרכז האסטרונומי

כוכבי ניוטרון

אתגרים של אסטרונאוט

תצפית אסטרונומית – מגמת מחוננים בי"ס רמון

תמונה אמיתית של אטום בודד!

תיעוד של השלב המוקדם ביותר אי פעם בהיווצרות מערכת שמש חדשה