החורים השחורים הנעלמים

חור שחור הוא גוף שמימי כה דחוס, עד שכוח הכבידה שלו "מקפל" את המרחב סביבו באופן שכל עצם שמתקרב אליו וחוצה גבול הנקרא "אופק האירוע", נעלם מעבר לאופק הזה לעד – ונבלע בחור. כך גדל החור השחור על ידי בליעת גז בין-כוכבי וכוכבים. הכינוי "חור שחור" משקף את העובדה שגם קרינת אור נבלעת בו, ואינה יכולה לצאת, ולכן הוא אפל לחלוטין. על אף שהחור השחור אינו נראה, כבידתו העצומה משפיעה גם הרחק מאופק האירוע, ומסיטה את מסלולי העצמים סביבו.

ביקום ידוע על קיומם של שני סוגים של חורים שחורים. האחד הוא חורים שחורים "קלים", שמאסתם בערך פי עשרה ממאסת השמש שלנו; חורים "קלים" אלה נוצרים כתוצאה מקריסתם של כוכבים מאסיביים אשר מתמוטטים אל תוך עצמם. הסוג השני הוא חורים שחורים סופר-מאסיביים, שמאסתם גדולה פי מיליון עד מיליארד ממאסת השמש. חורים שחורים סופר-מאסיביים כאלה מצויים בליבותיהן של גלקסיות. חור שחור סופר-מאסיבי כזה מצוי גם במרכז הגלקסיה שלנו – גלקסיית שביל החלב.

לא ברור כיצד נוצרים ומתפתחים החורים השחורים הסופר-מאסיביים, אבל מדענים רבים מניחים שהם מתפתחים מ"זרעים" קלים בהרבה, שייתכן שנוצרו בתנאים הקיצוניים ששררו ביקום המוקדם, ויתכן אף שאותם זרעים היו החורים השחורים הקלים המוכרים לנו. כך או כך, הדעת נותנת שגידול הדרגתי של חורים שחורים מזרעים קלים כולל גם שלבי ביניים שונים, כלומר, אמורים להימצא ביקום גם חורים שחורים בטווח המאסות הרחב שבין החורים השחורים הקלים והסופר-מאסיביים: חורים שחורים "בינוניים" עם מאסות שבין מאה למאה אלף מאסות שמש. ואכן, כבר זמן קצר לאחר גילוים של החורים השחורים הסופר-מאסיביים בשנות ה-60 של המאה הקודמת, החלו חיפושים  אחר "החוליה החסרה" – חורים שחורים בינוניים. אך בניגוד גמור לציפיות, עשרות שנים של תצפיות ומדידות העלו חרס. עד עצם היום הזה לא התגלה וזוהה בוודאות אפילו חור שחור בינוני אחד ביקום.

תעלומת היעדרם של החורים השחורים הבינוניים מטרידה מאוד הן מכיוון שהיא מעידה על פערים גדולים בהבנתנו את התהליכים הבסיסיים בהתפתחות גלקסיות – והן מכיוון שהועלו השערות רבות המתבססות על קיומם של חורים שחורים בינוניים. למשל, חישובים תיאורטיים מנבאים שחורים שחורים בינוניים אמורים למלא תפקיד חשוב בשידור פרצי אור וגלי כבידה הניתנים לצפייה ולמדידה, וזאת על ידי השמדת כוכבים באמצעות בליעתם.

אנו מנבאים שבעידן היקומי שלנו נהפכו כבר כל הזרעים לחורים שחורים סופר-מאסיביים. כדי לגלות חורים שחורים בינוניים, יהיה על התצפיות להשתפר ולהרחיק ראות אל העידן הקוסמי הקדום שבו נוצרו הזרעים, בטרם הספיקו לגדול"

מצב עניינים זה משתנה בימים אלה, הודות למחקר חדש של פרופ' טל אלכסנדר ממכון ויצמן למדע ושל תלמידו לשעבר ד"ר בן בר-אור מהמכון ללימודים מתקדמים בפרינסטון. במאמר שפורסם בכתב-העת המדעי Nature Astronomy, הצליחו פרופ' אלכסנדר וד"ר בר-אור להראות שבהינתן כמה הנחות סבירות, "יאכלו" הזרעים הקלים את הכוכבים שסביבם בקצב מהיר שיביא אותם בסופו של דבר למאסה קרובה למיליון מסות שמש – הגבול התחתון הידוע של מאסת חורים שחורים סופר-מאסיביים. יתר על כן, פרופ' אלכסנדר וד"ר בר-אור הראו שתוצאה זו היא כללית: היא אינה תלויה במאסה ההתחלתית הלא-ידועה של הזרע או בעידן הקוסמולוגי הלא-ידוע שבו הוא נוצר.

מוסיף פרופ' אלכסנדר: "החישובים שעשינו, המתבססים על התיאוריה של התפתחות תנועת כוכבים סביב חור שחור ומספר הנחות נוספות, מראים שתהליך ה'האבסה' של הזרע הקל בכוכבים הוא בלתי נמנע. אם בנוסף לכך, 'אכל' החור השחור גם גז, או חורים שחורים קטנים ממנו, הרי הוא יהיה אפילו עוד יותר מאסיבי כיום. לפיכך, אנו מנבאים שבעידן היקומי שלנו נהפכו כבר כל הזרעים לחורים שחורים סופר-מאסיביים. כדי לגלות חורים שחורים בינוניים, יהיה על התצפיות להשתפר ולהרחיק ראות אל העידן הקוסמי הקדום שבו נוצרו הזרעים, בטרם הספיקו לגדול".