החור השחור במרכז גלקסיית שביל החלב: התמונה הראשונה שצולמה אי פעם
דמיינו שאתם מנסים לצלם סופגנייה המונחת על הירח. זה בדיוק האתגר שעמד בפני צוות החוקרים הבינלאומי שביקש לצלם את החור השחור במרכז גלקסיית שביל החלב שלנו. החור השחור, המכונה Sagittarius A* (מבוטא "סאדג' איי סטאר"), נמצא במרחק של כ-27,000 שנות אור מכדור הארץ, והוא מסיבי פי ארבעה מיליון מהשמש שלנו. אבל למרות גודלו העצום, מרחקו הרב הופך אותו לזעיר בשמיים שלנו.
ב-12 במאי 2022, לאחר שנים של עבודה מאומצת, חשפו אסטרונומים את התמונה הראשונה אי פעם של החור השחור הזה. התמונה הופקה על ידי צוות מחקר גלובלי בשם Event Horizon Telescope Collaboration (טלסקופ אופק האירועים), תוך שימוש ברשת עולמית של טלסקופי רדיו. התוצאה מספקת ראיה מכרעת לכך שהאובייקט הוא אכן חור שחור, ומציעה תובנות חדשות על אופן פעולתם של ענקים כאלה.
התמונה מהווה מבט מיוחל על האובייקט המסיבי היושב ממש במרכז הגלקסיה שלנו. מדענים ראו בעבר כוכבים מקיפים סביב משהו בלתי נראה, קומפקטי וכבד ביותר במרכז שביל החלב. זה הצביע בחוזקה על כך שהאובייקט הזה הוא חור שחור, אבל התמונה החדשה מספקת את הראיה החזותית הישירה הראשונה לכך. למרות שלא ניתן לראות את החור השחור עצמו, שכן הוא חשוך לחלוטין, גז זוהר סביבו חושף חתימה אופיינית: אזור מרכזי כהה המוקף במבנה בהיר דמוי טבעת.
התצוגה החדשה לוכדת אור שמתכופף על ידי כוח המשיכה העצום של החור השחור. "היינו המומים מכמה טוב גודל הטבעת התאים לתחזיות מתיאוריית היחסות הכללית של איינשטיין", אמר ד"ר ג'פרי באוור, מדען הפרויקט של EHT מהמכון לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה באקדמיה סיניקה בטאיפיי. "תצפיות חסרות תקדים אלו שיפרו מאוד את הבנתנו את מה שקורה ממש במרכז הגלקסיה שלנו".
הטלסקופ בגודל כדור הארץ שצילם את הבלתי אפשרי
כדי לצלם את החור השחור, הצוות יצר את ה-EHT העוצמתי, מערכת שקישרה יחד שמונה מצפי כוכבים רדיו קיימים ברחבי כדור הארץ כדי ליצור טלסקופ וירטואלי יחיד "בגודל כדור הארץ". המצפים הפרושים על פני יבשות שונות, מצ'ילה ועד הקוטב הדרומי, פעלו יחד כמו מכשיר אחד ענק. כל אנטנה צוידה בשעון אטומי מדויק ביותר, ואותות אנלוגיים שנאספו על ידי האנטנות הומרו לאותות דיגיטליים ואוחסנו על כונני קשיח יחד עם אותות הזמן המדויקים.
הנתונים שנאספו על כונני הקשיח הועברו במטוסי מטען מסחריים מהטלסקופים השונים למצפה הכוכבים MIT Haystack (הָייְסְטֶק) ולמכון מקס פלנק לאסטרונומיית רדיו, שם הנתונים עובדו בצורה צולבת ונותחו על מחשב רשת המורכב מכ-800 מעבדים. מאז 2018 ה-EHT מסוגל להדמיה ברזולוציה זוויתית של 19 מיקרו-שניות קשת, הרזולוציה הטובה ביותר של כל טלסקופ קרקעי.
האתגר הטכנולוגי היה עצום במיוחד בגלל טבעו הייחודי של Sgr A*. "הגז בסביבת החורים השחורים נע באותה מהירות, כמעט מהירה כמו האור", הסביר ד"ר צ'י-קוואן צ'אן ממצפה סטיוארד ומהמחלקה לאסטרונומיה באוניברסיטת אריזונה. "אבל בעוד שלגז לוקח ימים עד שבועות להקיף את M87* הגדול יותר, ב-Sgr A* הקטן בהרבה הוא משלים הקפה תוך דקות בודדות. זה כמו לנסות לצלם תמונה ברורה של גור שרודף במהירות אחרי זנבו".
החוקרים נאלצו לפתח כלים חדשים ומתוחכמים שלקחו בחשבון את תנועת הגז סביב Sgr A*. התמונה הסופית היא ממוצע של אלפי תמונות שנוצרו באמצעות שיטות חישוביות שונות, כולן מתאימות במדויק לנתוני ה-EHT. התמונה הממוצעת שומרת על תכונות הנראות בתדירות גבוהה יותר בתמונות השונות, ומדכאת תכונות המופיעות לעיתים רחוקות. כך חושפת התמונה סוף סוף את הענק האורב במרכז הגלקסיה שלנו בפעם הראשונה.
אישור מדהים לתיאוריית היחסות של איינשטיין
ההישג הזה בא בעקבות פרסום ה-EHT מ-2019 של התמונה הראשונה של חור שחור, הנקרא M87*, במרכז גלקסיית מסייה 87 הרחוקה יותר. שני החורים השחורים נראים דומים להפליא, למרות שהחור השחור של הגלקסיה שלנו קטן יותר ופחות מסיבי ביותר מאלף מ-M87*. "יש לנו שני סוגים שונים לחלוטין של גלקסיות ושתי מסות חור שחור שונות מאוד", אומרת פרופסור סרה מרקוף, יושבת ראש משותפת של מועצת המדע של EHT ופרופסור לאסטרופיזיקה תיאורטית באוניברסיטת אמסטרדם. "אבל קרוב לקצה של החורים השחורים האלה הם נראים דומים להפליא. זה אומר לנו שתורת היחסות הכללית שולטת באובייקטים אלה מקרוב".
התמונה סיפקה מבחן חשוב לתורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין בתנאים קיצוניים. מחקרים קודמים בדקו את תורת היחסות הכללית על ידי התבוננות בתנועות של כוכבים וענני גז ליד קצה החור השחור, אבל תמונה של חור שחור מביאה תצפיות אפילו קרוב יותר לאופק האירועים, הגבול שממנו אין בריחה. תורת היחסות מנבאת אזור כהה דמוי צל, הנגרם על ידי כיפוף גרביטציוני ולכידה של אור, וזה בדיוק מה שנצפה בתמונה.
המאמץ התאפשר באמצעות כושר ההמצאה של יותר מ-300 חוקרים מ-80 מוסדות ברחבי העולם המהווים יחד את שיתוף הפעולה של EHT. בנוסף לפיתוח כלים מורכבים להתגבר על האתגרים של הדמיית Sgr A*, הצוות עבד בקפדנות במשך חמש שנים, תוך שימוש במחשבי-על כדי לשלב ולנתח את הנתונים שלהם, כל זאת תוך הרכבת ספרייה חסרת תקדים של חורים שחורים מדומים להשוואה עם התצפיות.
מדענים נרגשים במיוחד לבסוף להחזיק בתמונות של שני חורים שחורים בגדלים שונים מאוד, מה שמציע הזדמנות להבין כיצד הם משווים ומנוגדים. "עכשיו אנחנו יכולים לחקור את ההבדלים בין שני החורים השחורים העל-מסיביים האלה כדי לקבל רמזים חדשים וחשובים", אמר ד"ר קייאיצ'י אסאדה ממכון האסטרונומיה והאסטרופיזיקה באקדמיה סיניקה. "יש לנו תמונות של שני חורים שחורים, אחד בקצה הגדול ואחד בקצה הקטן של חורים שחורים על-מסיביים ביקום, כך שאנחנו יכולים ללכת הרבה יותר רחוק בבדיקת אופן התנהגות כוח המשיכה בסביבות קיצוניות אלה מאי פעם".
ההתקדמות ב-EHT נמשכת: מסע תצפית מרכזי במרץ 2022 כלל יותר טלסקופים מאי פעם. ההרחבה המתמשכת של רשת EHT ושדרוגים טכנולוגיים משמעותיים יאפשרו למדענים לשתף תמונות מרשימות אף יותר וכן סרטים של חורים שחורים בעתיד הקרוב, צעד נוסף בחקר הסודות העמוקים ביותר של הבריאה.
תגובות (0)
אין עדיין תגובות. היו הראשונים להגיב!