פורסמה המפה המגנטית הראשונה אי פעם של חור שחור

לפני כמה ימים, בתאריך 27.3.24, הצלחנו לצלם לראשונה אי פעם את המפה המגנטית של חור שחור!

התמונה הראשונה אי פעם של חור שחור צולמה לפני כמעט 5 שנים, בשנת 2019. התמונה היא של החור השחור במרכז הגלקסיה Messier 87, ולכן הוא נקרא M87* (הכוכבית משמשת לייצוג חור שחור בקיצורי שמות אסטרונומיים). לאחר מכן, צילמנו גם את החור השחור Sgr A*, ובדומה לשמו של קודמו, הוא החור השחור במרכז שביל החלב (הגלקסיה שבה אנו חיים), באזור בשמיים הנקרא Sagittarius, על שם קבוצת הכוכבים קשת (כן, כמו המזל).

הפעם, התמונות חדות יותר מאלה שצולמו לפני כמה שנים, כך שניתן לראות "קווים" המייצגים את השדה המגנטי האדיר של החור השחור. אך התמונות נראות לנו קצת מטושטשות, לא? כמו כתם קפה, או אפקט מאוד גרוע של שומר מסך של ווינדוס משנת 2000, כמו "צינורות"…

אז מה המעניין פה הפעם?

ובכן, לצלם חורים שחורים הוא משימה מאתגרת, מכיוון שהם אמנם גדולים מאוד, אך גם מאוד מאוד רחוקים. למעשה, הם כל-כך רחוקים, ששום כלי טלסקופי סטנדרטי לא יכול לעזור לנו לראות אותם. החורים השחורים רחוקים כל-כך, שהם יהיו קטנים יותר מהנקודה הקטנה ביותר שעינינו יכולות לראות. למעשה, זה שקול לחיפוש כדורגל שמונח על הירח, והבעיה היא שאין לנו אף טלסקופ עם יכולת הגדלה ורזולוציה מספיק טובה לראות משהו כה קטן, אפילו לא האבל או ג'יימס ווב. כדי לתפוס תמונה של משהו כל-כך רחוק, וכל-כך קטן בשמיים, העדשה של המצלמה שמבצעת את התקריב חייבת להיות בגודל של כדור הארץ!

ובכן, אין לנו עדשה כזו ענקית, ואין לנו מספיק זכוכית ליצור משהו כל-כך גדול, ובוודאי שלא מצלמה בגודל כזה… אך הצלחנו לעשות משהו מאוד קרוב;

ברחבי כדור הארץ ישנם טלסקופים-רדיו שבעזרת קרינה קולטים את גלי האור. אלה הם למעשה צלחות ענקיות עם אנטנה במרכז, המסתובבות כלפי אזורים שונים בשמיים. אמנם אין לנו צלחת אחת ענקית בגודל של כדור הארץ, אך בזכות אוסף הצלחות האלה, המפוזרות ברחבי כדור הארץ, מדענים הצליחו לאסוף את המידע שכל אחת מהן קלטה, ולחבר אותם לתמונה אחת. בעזרת המרחק בין הצלחות והקצב שבו הן קיבלו את המידע, האוריינטציה של כדור הארץ ביחס לכיוון, ועוד פרמטרים רבים ושונים שהיו חייבים להתחשב בהם, הם הצליחו לפענח את המידע שכל צלחת קיבלה בנפרד, והפיקו מהן את התמונות שאתם רואים. הרשת הזו של הרבה טלסקופים המכוונים לאותה נקודה בשמיים ועובדים ביחד נקראת "Event Horizon Telescope" או בקיצור EHT.

אבל רגע, אחד מהחורים השחורים נמצא בתוך הגלקסיה שלנו (שביל החלב) והשני בגלקסיה אחרת; איך זה שהם היו קשים לצילום באותה המידה אם אחד הרבה יותר קרוב?

ובכן, אמנם Sgr A* הרבה יותר קרוב, אך הוא גם הרבה יותר קטן, בערך פי אלף. בנוסף, מכיוון שאנחנו נמצאים בתוך שביל החלב, זה דווקא יותר קשה לראות את החור השחור מכיוון שיש יותר כוכבים, ערפיליות, ודברים שמסתירים אותו מאיתנו. זה כמו שאם אתם נמצאים בתוך רחוב הומה אדם, קשה לראות את הכניסה לחנות, כי יש הרבה אנשים שמסתירים אותה; לעומת זאת, אם תעמדו בראש מגדל גבוה שמסתכל מרחוק, מלמעלה, תוכלו לראות את הכניסה, אך היא פשוט תהיה מאוד קטנה. לכן דווקא בחרו לצלם קודם את M87*.

אוקי, ולמה המפה המגנטית נראית כזו עקומה… היא לא נראית כל כך סימטרית נכון? האם חור שחור הוא באמת כל כך עקום?
ובכן, זהו דווקא החלק האלגנטי והיפה ביותר: העובדה שהמפה המגנטית אינה סימטרית, והעובדה שהאור שאנחנו רואים יותר חזק בצד אחד מאשר בצד השני, היא משהו שמדענים ציפו לו מראש. זה נובע מכך שהחורים השחורים מסתובבים. הם לא רק מסתובבים, אלא הדיסק של כל החומר המסתובב סביב החור השחור מסתובב מאוד מהר, כמעט במהירות האור, ולכן הוא מאוד בהיר.

החלק של הדיסק שמתקרב אלינו, כלפי כדור הארץ, זוהר יותר חזק (כי האור "נדחף" לכיווננו), ולהיפך, הצד שמסתובב לכיוון ההפוך ומתרחק מאיתנו יותר כהה (כי האור "נמשך" לכיוון ההפוך). לכן, כל חור שחור יציג צד אחד בהיר יותר וצד שני כהה יותר (אלא אם אנחנו במקרה מסתכלים על "הקוטב" של החור השחור בדיוק, מה שמבחינה הסתברותית אינו כל כך סביר).

בהתאמה, השדה המגנטי גם הוא מעוקם לצד חזק יותר וצד חלש יותר, מה שנובע מהסיבוב של החור השחור. האפקטים הללו של חוסר סימטריה נובעים מכיפוף המרחב שהחור השחור עושה על היקום סביבו, לפי תורת היחסות של איינשטיין, והתמונות הללו הן עדות נוספת לכך ששוב – איינשטיין צדק.