מדענים אומרים שכמה חורים שחורים נולדים מחורים שחורים אחרים

מאז הגילוי זוכה נובל של LIGO של גלי כבידה – אדוות במרחב-זמן – הגלאי בארה"ב קולט מאות אותות ממיזוג חורים שחורים. ואחרי עשור של חקר גלי כבידה, חוקרים מאמינים שחלק ניכר מהחורים השחורים עשויים לנבוע מתגובות שרשרת קוסמיות.

מאמר שפורסם לאחרונה ב מכתבי סקירה פיזית מתאר ניתוח של 155 זוגות של חורים שחורים בינאריים, שזוהו על ידי LIGO ואחיותיה, בתולה ו-KAGRA, באיטליה וביפן, בהתאמה. על פי המחקר, כ-14% מהחורים השחורים המתמזגים עשויים להיות מה שנקרא "חורים שחורים מהדור השני", או חורים שחורים שנוצרים ממיזוגים קודמים של שני חורים שחורים קטנים יותר. סיפור הרקע ה"היררכי" הזה שונה בתכלית מגרסת ספרי הלימוד של האופן שבו חורים שחורים צצים ממותו הנפיץ של כוכב.

"בסך הכל ביקום, חורים שחורים מתמזגים כל הזמן", קיילין פלנקט, המחבר הראשון של המחקר וסטודנט לתואר שני במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס, סיפר חדשות MIT. "עכשיו אנחנו רואים תמונה עקבית יחסית שבה יש אחוז הגון של חורים שחורים שמגיעים מהמסלול החוזר הזה".

מעקב אחר הבלתי נראה

גלי כבידה המגיעים לגלאי כדור הארץ מגיעים בדרך כלל מאירועים עזים ביותר. במהלך השנים, LIGO קלטה כמה אותות מביכים באמת. לדוגמה, בקיץ שעבר היא מצאה את מיזוג החורים השחור האדיר ביותר אי פעם – ואם זה לא היה פרוע מספיק, החורים השחורים שהשתתפו במיזוג נמצאים בתוך "אזור מת" קוסמי עבור חורים שחורים.

אזור זה מתייחס לטווח של מסת חורים שחורים שבהם, מבחינה פיזיקלית, חורים שחורים אינם יכולים להיווצר באמצעות קריסת כוכבים רגילה. מהתגליות הללו הבינו אסטרונומים כמה מעט ידענו על חורים שחורים, שקשה לחקור אותם ישירות. במובן זה, זה היה מובן מאליו שהקטלוג ההולך וגדל של אותות הכבידה של LIGO יציג תובנות חדשות לגמרי לגבי חורים שחורים.

"ברור יותר ויותר, הן מאירועים בודדים והן מניתוחי אוכלוסייה, שקיימים בהם חורים שחורים עצומים [this] טווח", כתבו החוקרים במאמר האחרון. "תצפיות אלה דרבנו חקירה נוספת של מנגנונים שיכולים לאכלס את הפער הזה".

חותם מתנודד

המחקר האחרון מייצג חקירה אחת כזו. במהלך מיזוגים, שני החורים השחורים מסתחררים אחד כלפי השני לאורך מישור מסלולי. כאשר אחד או שניהם ספינים של חור שחור אינם מיושרים, מישור המסלול יכול להתנדנד, או "להקדים", הסבירו החוקרים ל-MIT News. המידה שבה מתנדנד הדיסק פועלת כפרמטר שממנו יכולים החוקרים למדוד את המסות והספינים של החורים השחורים המתמזגים.

אחד הסממנים המובהקים למיזוגים היררכיים הוא שהם "לא הפוך", כלומר לאחד מהזוג יש ספין ומסה הרבה יותר גבוהים מהשני. לצורך המחקר, הצוות יצר מודל אנליטי כדי ללכוד את סוג הנדנוד שהיה עולה מהדור השני של חורים שחורים. כ-14% מהחורים השחורים המתמזגים עקבו אחר דפוס זה, ולחורים השחורים מהדור השני שזוהו היה טווח מסוים מאוד של מסות, בסביבות 20 מסות שמש או 40 מסות שמש ומעלה.

ממוצא מסתורי

למען ההגינות, זה אולי לא נשמע כמו הרבה. אבל זה מדגים שחלק נכבד מהחורים השחורים הידועים אכן עוקב אחר הדפוס הזה. באשר למה, הצוות חושד במיזוגים היררכיים צצים מסביבות כוכבים צפופות. פשוט, כאשר מספר כוכבים שכנים מתים ומתמוטטים לחורים שחורים, הסביבה הצפופה יכולה להקל על אותם חורים שחורים למצוא זה את זה ולהתמזג. זה יכול להוביל עוד יותר להיווצרות של חורים שחורים מהדור השני. תיאורטית, זה יכול "לחזור על עצמו באופן פוטנציאלי עד אינסוףבזכות העובדה שיש לך המון כוכבים וחורים שחורים בסביבה הצפופה באמת הזו", אמר פלנקט.

אבל תעלומה שנוצרה נוגעת לאותם חורים שחורים במשטר 40 ומעלה, החופף ל"אזורי המוות" הנזכרים לעיל עבור המוני חורים שחורים. לפי תיאוריית האבולוציה של הכוכבים, חורים שחורים שנולדו מסופרנובות לא צריכים להשאיר חורים שחורים מעל 45 מסות שמש בערך, הסביר פלנקט.

"בכל זאת ראינו חורים שחורים כל כך מסיביים", הרהרה. "והשאלה היא: מאיפה הם באו?"

לעת עתה, קשה לומר מתי נקבל תשובה לשאלה הזו, אם בכלל. אבל נראה שדבר אחד ברור: חורים שחורים הם הרבה יותר מוזרים ממה שיכולנו לדמיין.