התגלות בזמן אמת: עדים להתעוררות הדרמטית של חור שחור ענק

אסטרונומים מאמינים שההבהרה של הגלקסיה SDSS1335+0728 ב-2019 עשויה להיות התצפית הראשונה בזמן אמת של חור שחור הִתעוֹרְרוּת.

העלייה המתמשכת של הגלקסיה באור על פני אורכי גל שונים והופעת פליטת קרני רנטגן הופכים את האירוע הזה לחסר תקדים.

הבהרה חסרת תקדים

לפתע, בסוף 2019, הגלקסיה SDSS1335+0728 שלא הייתה ראויה לציון עד כה התחילה לזרוח בבהירות מאי פעם. כדי להבין מדוע, אסטרונומים השתמשו בנתונים ממספר מצפה כוכבים בחלל ובקרקע, כולל מצפה הכוכבים הדרומי של אירופה טלסקופ גדול מאוד (ESOשל VLT), כדי לעקוב אחר האופן שבו הבהירות של הגלקסיה השתנתה.

במחקר שפורסם ב אסטרונומיה ואסטרופיזיקה היום (18 ביוני), הם מסיקים שהם עדים לשינויים שטרם נראו בגלקסיה – ככל הנראה תוצאה של התעוררות פתאומית של החור השחור המאסיבי בליבתו.

הנפשה זו מציגה את דיסק החומר הגדל סביב החור השחור המאסיבי במרכז הגלקסיה SDSS1335+0728. בסוף 2019 החלה לפתע הגלקסיה הזו לזרוח בבהירות יותר מאי פעם וסווגה כבעלת גרעין גלקטי פעיל, המופעל על ידי החור השחור המרכזי הניזון מהחומר שמסביב. קרדיט: ESO/M. קורנמסר

התעוררות של חור שחור

"תאר לעצמך שאתה צופה בגלקסיה רחוקה במשך שנים, והיא תמיד נראתה רגועה ולא פעילה", אומרת פאולה סאנצ'ז סאז, אסטרונומית ב-ESO בגרמניה ומחברת ראשית של המחקר שהתקבל לפרסום באסטרונומיה ואסטרופיזיקה. "פתאום, (הליבה) שלו מתחילה להראות שינויים דרמטיים בבהירות, בניגוד לאירועים טיפוסיים שראינו בעבר." זה מה שקרה ל-SDSS1335+0728, שמסווג כעת כבעל 'גרעין גלקטי פעיל' (AGN) – אזור קומפקטי בהיר המופעל על ידי חור שחור מאסיבי – לאחר שהוא התבהר באופן דרמטי בדצמבר 2019.⁽¹⁾

בהירות מתמשכת: תעלומה מתמשכת

תופעות מסוימות, כמו פיצוצי סופרנובה או אירועי שיבוש גאות ושפל – כאשר כוכב מתקרב מדי לחור שחור ונקרע לגזרים – עלולות לגרום לגלקסיות להידלק פתאום. אבל וריאציות הבהירות הללו נמשכות בדרך כלל רק כמה עשרות או, לכל היותר, כמה מאות ימים. SDSS1335+0728 עדיין הולך וגדל היום, יותר מארבע שנים לאחר שנראה לראשונה שהוא 'מופעל'. יתרה מכך, הווריאציות שזוהו בגלקסיה, שנמצאת במרחק של 300 מיליון שנות אור בקבוצת הכוכבים בתולה, אינן דומות לאף אחת מהן, ומצביעות על אסטרונומים לעבר הסבר אחר.

תצפיות ותיאוריות חדשות

הצוות ניסה להבין את וריאציות הבהירות הללו באמצעות שילוב של נתוני ארכיון ותצפיות חדשות ממספר מתקנים, כולל מכשיר ה-X-Shooter ב-VLT של ESO במדבר אטקמה בצ'ילה.⁽²⁾ בהשוואת הנתונים שצולמו לפני ואחרי דצמבר 2019, הם גילו ש-SDSS1335+0728 מקרין כעת הרבה יותר אור באורכי גל אולטרה סגול, אופטיים ואינפרא אדום. הגלקסיה החלה גם לפלוט קרני רנטגן בפברואר 2024. "ההתנהגות הזו היא חסרת תקדים", אומר סאנצ'ז סאז, המזוהה גם עם מכון המילניום לאסטרופיזיקה (MAS) בצ'ילה.

"האפשרות המוחשית ביותר להסביר את התופעה היא שאנו רואים כיצד (הליבה) של הגלקסיה מתחילה להראות (…) פעילות", אומרת שותפה לכותבת לורנה הרננדס גרסיה, מ-MAS ואוניברסיטת ולפראיסו בצ'ילה. "אם כן, זו תהיה הפעם הראשונה שאנו רואים הפעלה של חור שחור ענק בזמן אמת."

תצפית היסטורית על תופעות גלקטיות

חורים שחורים עצומים – בעלי מסה של יותר ממאה אלף מזו של השמש שלנו – קיימים במרכז רוב הגלקסיות, כולל שביל החלב. "המפלצות הענקיות האלה בדרך כלל ישנות ואינן נראות ישירות", מסביר מחבר שותף קלאודיו ריצ'י, מאוניברסיטת דייגו פורטלס, גם היא בצ'ילה. "במקרה של SDSS1335+0728, הצלחנו לצפות בהתעוררות של החור השחור האדיר, (שהחל לפתע לחגוג על גז זמין בסביבתו, ונהיה בהיר מאוד."

הסרטון הזה מתקרב לגלקסיה SDSS1335+0728, שבסוף 2019 התחילה פתאום לזרוח בבהירות יותר מאי פעם וסווגה כבעלת גרעין גלקטי פעיל. תוספת בסוף הסרטון מציגה הנפשה של אמן של החור השחור המאסיבי במרכז הגלקסיה, כאשר הדיסק ההולך וגדל של החומר נמשך פנימה על ידי החור השחור כשהוא ניזון מהגז הזמין בסביבתו. זו הפעם הראשונה בה נצפתה התעוררות של חור שחור ענק בזמן אמת.

השלכות על תצפיות אסטרונומיות עתידיות

"(זה) תהליך (…) מעולם לא נצפה בעבר", אומר הרננדס גרסיה. מחקרים קודמים דיווחו על גלקסיות לא פעילות שהופכות לפעילות לאחר מספר שנים, אך זו הפעם הראשונה שהתהליך עצמו – התעוררות החור השחור – נצפה בזמן אמת. ריצ'י, המזוהה גם עם מכון קאולי לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה באוניברסיטת פקין, סין, מוסיף: "זה משהו שיכול לקרות גם ל-Sgr A* שלנו, החור השחור המאסיבי (…) הממוקם במרכז שלנו גלקסיה", אבל לא ברור כמה סביר שזה יקרה.

ניטור רציף וצפי עתידי

עדיין יש צורך בתצפיות המשך כדי לשלול הסברים חלופיים. אפשרות נוספת היא שאנו רואים אירוע שיבוש גאות איטי בצורה יוצאת דופן, או אפילו תופעה חדשה. אם אכן מדובר באירוע של שיבוש גאות ושפל, זה יהיה האירוע הארוך והקלוש ביותר שנצפה אי פעם. "ללא קשר לאופי הווריאציות, (הגלקסיה הזו) מספקת מידע רב ערך על איך חורים שחורים גדלים ומתפתחים", אומר סאנצ'ז סאז. "אנחנו מצפים שכלים כמו (מוּזָה ב-VLT או ב-Extremely Large Telescope (ELT) הקרובים יהיו המפתח להבנה (מדוע הגלקסיה מתבהרת).

הערות

1. וריאציות הבהירות החריגות של גלקסיית SDSS1335+0728 זוהו על ידי טלסקופ Zwicky Transient Facility (ZTF) בארה"ב. לאחר מכן, ברוקר ה-Automatic Learning for the Rapid Classification of Events (ALeRCE) בראשות צ'ילה סיווג את SDSS1335+0728 כגרעין גלקטי פעיל.
2. הצוות אסף נתוני ארכיון מ נאס"אWide-field Infrared Survey Explorer (WISE) ו-Galaxy Evolution Explorer (GALEX), שני מיקרון All Sky Survey (2MASS), Sloan Digital Sky Survey (SDSS), ומכשיר eROSITA במרחב Spektr-RG של IKI ו-DLR מִצפֵּה כּוֹכָבִים. מלבד ה-VLT של ESO, תצפיות ההמשך נערכו עם טלסקופ המחקר האסטרופיזי הדרומי (SOAR), מצפה הכוכבים WM Keck ו-NASA מצפה הכוכבים של ניל גרלס סוויפט ומצפה רנטגן צ'אנדרה.

הצוות מורכב מ-P. Sánchez-Sáez (מצפה הכוכבים הדרומי האירופי, Garching, גרמניה (ESO) ומכון מילניום לאסטרופיזיקה, צ'ילה (MAS)), L. Hernández-García (MAS ו-Instituto de Física y Astronomía, Universidad de Valparaíso) , צ'ילה (IFA-UV)), S. Bernal (IFA-UV וגרעין המילניום על מחקר וטכנולוגיה רוחביים לחקר חורים שחורים סופר-מסיביים, צ'ילה (TITANS)), A. Bayo (ESO), G. Calistro Rivera (ESO ו- סוכנות החלל הגרמנית (DLR)), FE Bauer (Instituto de Astrofísica, Pontificia Universidad Católica de Chile, צ'ילה; Centro de Astroingeniería, Pontificia Universidad Católica de Chile, צ'ילה; MAS; ומכון מדעי החלל, ארה"ב), C. Ricci (Instituto) de Estudios Astrofísicos, Universidad Diego Portales, צ'ילה (UDP) ומכון Kavli לאסטרונומיה ואסטרופיזיקה, סין), A. Merloni (Max-Planck-Institut für Extraterrestrische Physik, גרמניה (MPE)), MJ Graham (California Institute of Technology, ארה"ב), R. Cartier (מצפה הכוכבים ג'מיני, המעבדה הלאומית לחקר אסטרונומיה אופטית-אינפרא אדום של NSF, צ'ילה ו-UDP), P. Arévalo (IFA-UV ו-TITANS), RJ Assel (UDP), A. Concas (ESO ו-INAF – Osservatorio Astrofisico di Arcetri, איטליה), D. Homan (Leibniz-Institut für Astrophysik Potsdam, גרמניה (AIP)), M. Krumpe (AIP), P. Lira (Departamento de Astronomía, Universidad de Chile, Chile (UChile), וכן TITANS), A. Malyali (MPE), ML Martínez-Aldama (מחלקת אסטרונומיה, Universidad de Concepción, צ'ילה), AM Muñoz Arancibia (MAS והמרכז למידול מתמטי, אוניברסיטת צ'ילה, צ'ילה (CMM-UChile)), א. Rau (MPE), G. Bruni (INAF – המכון לאסטרופיזיקה ופלנטולוגיה של החלל, איטליה), F. Förster (יוזמת נתונים ואינטליגנציה מלאכותית, אוניברסיטת צ'ילה, צ'ילה; MAS; CMM-UChile; ו-UCHile), מ. פאבז-הררה (MAS), ד. טובין-ארנס (AIP), ומ. ברייטמן (מרכז קאהיל לאסטרופיזיקה, המכון הטכנולוגי של קליפורניה, ארה"ב).