מדענים הופתעו מענק ישן – החור השחור הכוכבי האדיר ביותר בגלקסיה שלנו נמצא אורב בקרבת מקום

משימת גאיה של ESA חשפה מצב רדום אדיר חור שחור בגלקסיה שלנו, חושף תובנות חדשות לגבי היווצרות חורים שחורים בעלי מסה כוכבית ומתווה את הבמה לתגליות אסטרונומיות עתידיות.

מדשדשים בשפע הנתונים ממשימת גאיה של ESA, מדענים חשפו 'ענק ישן'. חור שחור גדול, בעל מסה של כמעט פי 33 מהמסה של השמש, הסתתר בקבוצת הכוכבים אקילה, במרחק של פחות מ-2000 שנות אור מכדור הארץ. זו הפעם הראשונה שבה זוהה חור שחור ממוצא כוכבי כל כך גדול שביל החלב. עד כה, חורים שחורים מסוג זה נצפו רק בגלקסיות רחוקות מאוד. התגלית מאתגרת את ההבנה שלנו לגבי האופן שבו כוכבים מסיביים מתפתחים ומתפתחים.

חומר בחור שחור ארוז בצפיפות כה רבה עד ששום דבר לא יכול לחמוק מכוח הכבידה העצום שלו, אפילו לא מאור. הרוב הגדול של החורים השחורים בעלי מסה כוכבית שאנו מכירים זוללים חומר מבן לוויה של כוכב קרוב. החומר שנלכד נופל על העצם שהתמוטט במהירות גבוהה, הופך חם במיוחד ומשחרר קרני רנטגן. מערכות אלו שייכות למשפחה של עצמים שמימיים בשם בינאריות של קרני רנטגן.

https://www.youtube.com/watch?v=qgIMO8uCHyE
אסטרונומים מצאו את החור השחור הכוכבי המסיבי ביותר בגלקסיה שלנו, הודות לתנועת הנדנוד שהוא משרה על כוכב מלווה. נדנוד זה נמדד במשך מספר שנים עם סוכנות החלל האירופיתמשימת גאיה. נתונים נוספים מטלסקופים אחרים, כולל ESOשל טלסקופ גדול מאוד בצ'ילה, אישרו שהמסה של החור השחור הזה, המכונה גאיה BH3, היא פי 33 מזו של השמש שלנו. ההרכב הכימי של הכוכב הנלווה מצביע על כך שהחור השחור נוצר לאחר קריסת כוכב מסיבי עם מעט מאוד יסודות כבדים, או מתכות, כפי שחזה התיאוריה. סרטון זה מסכם את התגלית. קרדיט: ESO

כאשר לחור שחור אין בן לוויה קרוב מספיק כדי לגנוב ממנו חומר, הוא אינו מייצר שום אור וקשה מאוד לזהות אותו. חורים שחורים אלו נקראים 'רדומים'.

כדי להתכונן לשחרור הקטלוג הבא של Gaia, Data Release 4 (DR4), מדענים בודקים את תנועותיהם של מיליארדי כוכבים ומבצעים בדיקות מורכבות כדי לראות אם משהו יוצא דופן. תנועות הכוכבים יכולות להיות מושפעות מבני לוויה: קלים, כמו כוכבי לכת; כבדים יותר, כמו כוכבים; או כבדים מאוד, כמו חורים שחורים. צוותים ייעודיים נמצאים במקום בשיתוף הפעולה של גאיה כדי לחקור מקרים 'מוזרים'.

צוות אחד כזה היה עסוק מאוד בעבודה זו, כאשר תשומת הלב שלהם נפלה על כוכב ענק ישן בקבוצת הכוכבים אקילה, במרחק של 1926 שנות אור מכדור הארץ. על ידי ניתוח מפורט של הטלטלה בדרכו של הכוכב, הם מצאו הפתעה גדולה. הכוכב ננעל בתנועה מסלולית עם חור שחור רדום בעל מסה גבוהה במיוחד, בערך פי 33 מזו של השמש.

זהו החור השחור הרדום השלישי שנמצא עם גאיה וקיבל את השם 'גאיה BH3'. גילויו מרגש מאוד בגלל מסת העצם. "זה סוג התגלית שאתה מגלה פעם אחת בחייך המחקריים", קורא פסקוואלה פאנוצו מ-CNRS, Observatoire de Paris, בצרפת, שהוא המחבר הראשי של הממצא הזה. "עד כה, חורים שחורים כה גדולים זוהו רק אי פעם בגלקסיות רחוקות על ידי LIGOשיתוף פעולה –בתולה–KAGRA, הודות לתצפיות על גלי כבידה."

המסה הממוצעת של חורים שחורים ידועים ממוצא כוכבי בגלקסיה שלנו היא בערך פי 10 מהמסה של השמש שלנו. עד כה, שיא המשקל הוחזק על ידי חור שחור בינארי של קרני רנטגן בקבוצת הכוכבים Cygnus (Cyg X-1), שמסתו מוערכת בסביבות פי 20 מזו של השמש.

"זה מרשים לראות את ההשפעה הטרנספורמטיבית שיש לגאיה על האסטרונומיה והאסטרופיזיקה", מציינת פרופ' קרול מנדל, מנהלת המדע של ESA. "התגליות שלה מגיעות הרבה מעבר למטרה המקורית של המשימה, שהיא ליצור מפה רב-ממדית מדויקת במיוחד של יותר ממיליארד כוכבים לאורך שביל החלב שלנו".

דיוק ללא תחרות

האיכות המעולה של נתוני גאיה אפשרה למדענים להצמיד את המסה של החור השחור ללא תחרות דיוק ולספק את ההוכחה הישירה ביותר לכך שקיימים חורים שחורים בטווח המסה הזה.

אסטרונומים עומדים בפני השאלה הדוחקת של הסבר מקורם של חורים שחורים גדולים כמו גאיה BH3. ההבנה הנוכחית שלנו לגבי האופן שבו כוכבים מסיביים מתפתחים ומתים אינה מסבירה מיד כיצד נוצרו סוגים אלה של חורים שחורים.

רוב התיאוריות חוזות שככל שהם מתבגרים, כוכבים מסיביים משילים חלק נכבד מהחומר שלהם דרך רוחות חזקות; בסופו של דבר, הם מפוצצים בחלקם לחלל כשהם מתפוצצים כסופרנובות. מה שנותר מהליבה שלהם חוזים נוספים כדי להפוך לא כוכב ניטרונים או חור שחור, תלוי במסה שלו. קשה מאוד להסביר ליבות גדולות מספיק כדי להסתיים כחורים שחורים של פי 30 מהמסה של השמש שלנו.

עם זאת, רמז לפאזל הזה עשוי להיות קרוב מאוד לגאיה BH3.

בן לוויה מסקרן

הכוכב המקיף את גאיה BH3 בערך פי 16 ממרחק השמש-כדור הארץ הוא נדיר למדי: כוכב ענק קדום, שנוצר בשני מיליארד השנים הראשונות לאחר המפץ הגדול, בזמן שהגלקסיה שלנו התחילה להתאסף. הוא שייך למשפחת הילת הכוכבים הגלקטית והוא נע בכיוון ההפוך לכוכבי הדיסק הגלקטי. מסלולו מצביע על כך שכוכב זה היה כנראה חלק מגלקסיה קטנה, או צביר כדורי, שנבלע על ידי הגלקסיה שלנו לפני יותר משמונה מיליארד שנים.

לכוכב הנלווה יש מעט מאוד יסודות כבדים יותר ממימן והליום, מה שמצביע על כך שהכוכב המאסיבי שהפך לגאיה BH3 יכול היה להיות דל מאוד ביסודות כבדים. זה מדהים. הוא תומך, לראשונה, בתיאוריה לפיה החורים השחורים בעלי המסה הגבוהה שנצפו בניסויים בגלי כבידה נוצרו כתוצאה מהתמוטטותם של כוכבים מאסיביים ראשוניים דלים ביסודות כבדים. ייתכן שהכוכבים המוקדמים הללו התפתחו בצורה שונה מהכוכבים המאסיביים שאנו רואים כיום בגלקסיה שלנו.

הרכב הכוכב הנלווה יכול לשפוך אור גם על מנגנון ההיווצרות של המערכת הבינארית המדהימה הזו. "מה שמדהים אותי הוא שההרכב הכימי של בן לוויה דומה למה שאנו מוצאים בכוכבים ישנים עניים במתכות בגלקסיה", מסבירה אליזבטה קפאו מ-CNRS, Observatoire de Paris, גם היא חברה בשיתוף הפעולה של גאיה.

"אין ראיות לכך שהכוכב הזה היה מזוהם מהחומר שהושלך החוצה בפיצוץ הסופרנובה של הכוכב המאסיבי שהפך ל-BH3." זה יכול להצביע על כך שהחור השחור רכש את בן לוויה רק ​​לאחר לידתו, ולכד אותו ממערכת אחרת.

מתאבן טעים

הגילוי של ה-Gaia BH3 הוא רק ההתחלה, ויש עוד הרבה מה לחקור לגבי אופיו המבלבל. כעת, לאחר שהתעוררה סקרנותם של המדענים, החור השחור הזה ומלווהו יהיו ללא ספק נושא למחקרים מעמיקים רבים שיבואו.

שיתוף הפעולה של גאיה נתקל ב'ענק הישן' הזה תוך בדיקת הנתונים הראשוניים לקראת השחרור הרביעי של קטלוג גאיה. מכיוון שהממצא כל כך חריג הם החליטו להכריז עליו לפני הפרסום הרשמי.

המהדורה הבאה של נתוני גאיה מבטיחה להיות מכרה זהב לחקר מערכות בינאריות ולגילוי של חורים שחורים רדומים יותר בגלקסיה שלנו. "עבדנו קשה מאוד כדי לשפר את האופן שבו אנו מעבדים מערכי נתונים ספציפיים בהשוואה למהדורת הנתונים הקודמת (DR3), ולכן אנו מצפים לחשוף חורים שחורים רבים נוספים ב-DR4", מסכם ברי הול מאוניברסיטת ז'נבה, בשוויץ, חבר בשיתוף הפעולה של גאיה.