טלסקופ החלל הרומי הקרוב עשוי לחשוף סוג חדש של חורים שחורים "בעלי משקל נוצה", המאתגר את התיאוריות הקיימות של היווצרות חורים שחורים. לחורים השחורים האלה בגוש כדור הארץ, אם יימצאו, עשויות להיות השלכות משמעותיות על הידע שלנו על היקום המוקדם ועל טבעו של החומר האפל. קרדיט: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
נאס"אשל ננסי גרייס טלסקופ החלל הרומי עשוי לחשוף חורים שחורים "בעלי משקל נוצה" שלא זוהו בעבר, בעלי מסה דומה לזו של כדור הארץ. חורים שחורים ראשוניים אלה, שנוצרו ביקום המוקדם, עשויים להשפיע באופן משמעותי על ההבנה שלנו באסטרונומיה ובפיזיקה של חלקיקים, ובכך להסביר חלק מהחומר האפל ביקום.
אסטרונומים גילו חורים שחורים שנעים בין כמה פעמים מסה של השמש לעשרות מיליארדים. כעת חזו קבוצת מדענים כי טלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס של נאס"א יוכל למצוא סוג של חורים שחורים "בעלי משקל נוצה" שחמק עד כה מגילוי.
כיום, חורים שחורים נוצרים כאשר כוכב מסיבי מתמוטט או כאשר עצמים כבדים מתמזגים. עם זאת, מדענים חושדים שחורים שחורים "ראשוניים" קטנים יותר, כולל כמה בעלי מסה דומה לזו של כדור הארץ, יכלו להיווצר ברגעים הכאוטיים הראשונים של היקום המוקדם.
"זיהוי אוכלוסיית חורים שחורים קדומים במסת כדור הארץ יהיה צעד מדהים הן לאסטרונומיה והן לפיזיקת החלקיקים, מכיוון שאובייקטים אלה אינם יכולים להיווצר בשום תהליך פיזיקלי ידוע", אמר ויליאם דרוקו, חוקר פוסט-דוקטורט באוניברסיטת קליפורניה סנטה קרוז שהוביל מחקר על איך רומן יכול לחשוף אותם. מאמר המתאר את התוצאות פורסם בכתב העת סקירה פיזית ד. "אם נמצא אותם, זה יזעזע את תחום הפיזיקה התיאורטית."
גילוי חורים שחורים ראשוניים במסת כדור הארץ עם טלסקופ החלל הרומי של נאס"א יכול לשנות את ההבנה שלנו על היקום והחומר האפל. קרדיט: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
מתכון חור שחור ראשוני
החורים השחורים הקטנים ביותר שנוצרים בימינו נולדים כאשר לכוכב מסיבי נגמר הדלק. הלחץ החיצוני שלה דועך ככל שההיתוך הגרעיני מתפוגג, כך שמשיכה כבידה פנימה מנצחת במשיכה. הכוכב מתכווץ ועלול להיות צפוף עד כדי כך שהוא הופך ל-a חור שחור.
אבל יש צורך במסה מינימלית: לפחות פי שמונה מזו של השמש שלנו. כוכבים קלים יותר יהפכו לננסים לבנים או לכוכבי נויטרונים.
אולם ייתכן שהתנאים ביקום המוקדם מאוד אפשרו להיווצרות חורים שחורים קלים בהרבה. לאדם השוקל את מסת כדור הארץ יהיה אופק אירועים – נקודת האל חזור לחפצים נופלים – רחב בערך כמו מטבע אגורה אמריקאית.
בדיוק כשהיקום נולד, מדענים חושבים שהוא חווה שלב קצר אך אינטנסיבי המכונה אינפלציה כאשר החלל התרחב מהר יותר ממהירות האור. בתנאים מיוחדים אלה, ייתכן שאזורים שהיו צפופים יותר מסביבתם קרסו ויצרו חורים שחורים קדמוניים בעלי מסה נמוכה.
בעוד שהתיאוריה חוזה שהקטנים ביותר צריכים להתאדות לפני שהיקום הגיע לגילו הנוכחי, אלה עם מסות דומות לכדור הארץ היו יכולים לשרוד.
לגילוי העצמים הזעירים הללו תהיה השפעה עצומה על הפיזיקה והאסטרונומיה.
"זה ישפיע על כל דבר, החל מהיווצרות גלקסיות ועד לתוכן החומר האפל של היקום ועד להיסטוריה קוסמית", אמר קיילש סהו, אסטרונום במכון המדע של טלסקופ החלל בבולטימור, שלא היה מעורב במחקר. "אישור הזהות שלהם תהיה עבודה קשה ואסטרונומים יצטרכו הרבה שכנוע, אבל זה יהיה שווה את זה."
סטיבן הוקינג העלה תיאוריה שחורים שחורים יכולים להתכווץ לאט ככל שהקרינה בורחת. הדליפה האיטית של מה שמכונה כיום קרינת הוקינג תגרום, עם הזמן, לחור השחור פשוט להתאדות. אינפוגרפיקה זו מציגה את משך החיים המשוער ואופק האירועים – הנקודה שעברה שאובייקטים נופלים לא יכולים להימלט מאחיזת הכבידה של חור שחור – – קוטר של חורים שחורים בעלי מסות קטנות שונות. קרדיט: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
רמזים לבעלי בית נסתרים
תצפיות כבר גילו רמזים לכך שעצמים כאלה עשויים להיות אורבים בגלקסיה שלנו. חורים שחורים ראשוניים יהיו בלתי נראים, אבל קמטים במרחב-זמן עזרו לאסוף כמה חשודים אפשריים.
מיקרועדשה היא אפקט תצפית המתרחש מכיוון שנוכחות מסה מעוותת את מרקם המרחב-זמן, כמו ההחתמה שכדור באולינג עושה כשהוא מותקן על טרמפולינה. בכל פעם שעצם מתערב נראה נסחף ליד כוכב רקע מנקודת התצפית שלנו, האור של הכוכב חייב לחצות את המרחב-זמן המעוות סביב העצם. אם היישור קרוב במיוחד, האובייקט יכול לפעול כמו עדשה טבעית, למקד ולהגביר את האור של כוכב הרקע.
קבוצות נפרדות של אסטרונומים המשתמשות בנתונים מ-MOA (Microlensing Observations in Astrophysics) – שיתוף פעולה המבצע תצפיות מיקרו-עדשות באמצעות מצפה הכוכבים של אוניברסיטת מאונט ג'ון בניו זילנד – ו- OGLE (ניסוי עדשות הכבידה האופטיות) מצאו אוכלוסייה גדולה באופן בלתי צפוי של כדור הארץ מבודד -חפצים המוניים.
תיאוריות היווצרות כוכבי הלכת ואבולוציה מנבאות מסות ושפע מסוימות של כוכבי לכת סוררים – עולמות המשוטטים בגלקסיה ללא קשר לכוכב. תצפיות ה-MOA וה-OGLE מצביעות על כך שיש יותר עצמים בעלי מסת כדור הארץ שנסחפים בגלקסיה ממה שמודלים צופים.
הרעיון של אמן זה נוקט בגישה פנטסטית לדמיין חורים שחורים ראשוניים קטנים. במציאות, לחורים שחורים זעירים כאלה יהיה קשה ליצור את דיסקיות ההצטברות שהופכות אותם לגלויים כאן. קרדיט: מרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א
"אין דרך להבחין בין חורים שחורים במסת כדור הארץ לכוכבי לכת סוררים על בסיס כל מקרה לגופו", אמר דרוקו. אבל מדענים מצפים שרומן ימצא פי 10 עצמים בטווח המסה הזה מאשר טלסקופים קרקעיים. "רומן יהיה חזק מאוד בהבחנה בין השניים מבחינה סטטיסטית."
דרוקו הוביל מאמץ לקבוע כמה כוכבי לכת נוכלים צריכים להיות בטווח המסה הזה, וכמה חורים שחורים ראשוניים יכול היה רומן להבחין ביניהם.
מציאת חורים שחורים ראשוניים תחשוף מידע חדש על היקום המוקדם מאוד, ותצביע בתוקף על כך שאכן התרחשה תקופה מוקדמת של אינפלציה. זה יכול גם להסביר אחוז קטן ממדעני החומר האפל המסתורי שמרכיבים את עיקר מסת היקום שלנו, אך עד כה לא הצליחו לזהות.
"זו דוגמה מרגשת למשהו שמדענים נוספים יכולים לעשות עם נתונים שרומן כבר יקבל בזמן שהוא מחפש כוכבי לכת", אמר סהו. "והתוצאות מעניינות בין אם מדענים מוצאים ראיות לכך שקיימים חורים שחורים בגוש כדור הארץ. זה יחזק את הבנתנו את היקום בכל מקרה".
טלסקופ החלל הרומאי ננסי גרייס מנוהל במרכז טיסות החלל גודארד של נאס"א בגרינבלט, מרילנד, בהשתתפות מעבדת ההנעה הסילון של נאס"א ו-Caltech/IPAC בדרום קליפורניה, המכון למדע טלסקופ החלל בבולטימור, וצוות מדע המורכב מדענים ממגוון מוסדות מחקר. השותפים התעשייתיים העיקריים הם BAE Systems, Inc בבולדר, קולורדו; L3Harris Technologies ברוצ'סטר, ניו יורק; ו-Teledyne Scientific & Imaging ב-Thousand Oaks, קליפורניה.
