.thumb.jpg.cbd9b34ebb478814a0a49f02f4757ee2.jpg)
מאמר מספר 64 - על חורים שחורים חלק ראשון
מאת עמי אור
שמונת המאמרים הבאים (כולל הנוכחי) דנים באחד הגופים המוזרים ביותר ביקום – חורים שחורים. אשמח לענות על שאלות ולקבל הערות והארות. תודה.
בסדרות המאמרים שלי 38 עד 43 וכן במאמר על קוואזרים (מספר 58) וכן במקומות נוספים במאמרים שלי, הזכרתי שוב ושוב את המונח "חור שחור", עתה הגיע הזמן להקדיש לאובייקט מוזר זה, סידרת מאמרים משלו.
המושגים המתארים חור שחור, נמצאים הרחק מהסביבה היומיומית של כל אחד מאיתנו ומחייבים שימוש בדמיון רב והבנה של שלל מושגים, שלעיתים הם לא נתפסים על בסיס הניסיון שלנו.
הכתיבה במאמרים אלה, נעשתה בצורה פשטנית ונמנעתי מהכללה של נוסחאות מתמטיות והסברים סבוכים, על מנת לא לשעמם את הקוראים שמתמטיקה היא לא הצד המעניין אותם. במקרים מסוימים ניסיתי לפשט את ההסברים על מנת שכל אחד מהקוראים יוכל להבין את המושגים.
אז מהם חורים שחורים? איך נוצרו? מה משמעותם בקוסמולוגיה? על שאלות אלה ורבות אחרות אנסה לענות בסדרת הפוסטים הזו.
בתחילה שני מונחים:
מסת צ'נדראסקאר: עם סיום חייו של כוכב כננס לבן, דחיסת החומר בו תוביל לעלייה במספר האלקטרונים ליחידת נפח. לפי עקרון האיסור של פאולי, האנרגיה הקינטית הממוצעת של האלקטרונים תעלה, וכך גם הלחץ. לחץ זה, הקרוי "לחץ ניוון של האלקטרונים" ימנע את הקריסה הגרביטציונית של הננס הלבן עקב משקלו העצמי. לחץ זה תלוי בצפיפות האלקטרונים. לחץ הניוון של האלקטרונים הוביל למסקנה כי קיים חסם עליון למסתו של ננס לבן. רעיונות אלו הוצגו על ידי וילהלם אנדרסון (1929) ועל ידי אדמונד סטונר (1930). הערך הידוע כיום לגבול זה נמצא על ידי סוברהמניאן צ'נדראסקאר בשנת 1931 במאמרו "המסה המרבית של ננס לבן אידיאלי". צ'נדראסקאר מצא כי מסתו המרבית של ננס לבן (לא מסתובב) של פחמן-חמצן היא 1.44 מסות שמש. גבול זה קרוי כיום גבול צ'נדראסקאר. על תגליות אלה זכה צ'נדראסקאר בשנת 1983, יחד עם ויליאם אלפרד פוֹלֶר, (שגילה איך נוצר פחמן בהיתוך בכוכבים) בפרס נובל לפיזיקה.
אם מסתו של ננס לבן תעבור את גבול צ'נדראסקאר, אזי הלחץ שמפעילים האלקטרונים לא יאזן את כוח הכבידה, והננס יקרוס לכדי כוכב ניטרונים (שם לחץ הניוון הוא של נויטרונים) או לחור שחור. לעומת זאת, בננס לבן של פחמן-חמצן שאליו עוברת מסה מכוכב שכן, תחול ראקציית מיזוג גרעינית, ותתרחש סופרנובה מסוג Ia במהלכה הננס הלבן יושמד לחלוטין, לפני הגעתו לגבול המסה.
רדיוס שוורצשילד: רדיוס שוורצשילד או הרדיוס הכבידתי (הרדיוס הגרביטציוני) הוא ערך גבולי של רדיוס, המתקשר לכל מסה ופרופורציונלי לגודלה. הערך מגדיר עבור המסה, אזור המכונה אופק אירוע - שעם ההתקרבות אליו עוצמת שדה הגרביטציה מתחזקת וקצב השתנותה נעשה תלול מאוד, ומעבר לו כל גוף וקרינה אינם יכולים אלא לנוע אל הסינגולריות שבתוכו ולהיבלע. עצם שכל מסתו נמצאת בתוך רדיוס שוורצשילד שלו, הוא עצם שעבר קריסה כבידתית ומהווה חור שחור. רדיוס שוורצשילד קרוי על שמו של קרל שוורצשילד, שגילה אותו ב - 1916, כחלק מן הפתרונות שהציע למשוואות היחסות הכללית של איינשטיין. הערך מציין למעשה אזור של סינגולריות, המהווה תנאי הכרחי אך בלתי מספיק לקיום סינגולריות כבידתית, המתאפיינת בעקמומיות מרחב וצפיפות אינסופיים. בהתייחס לחורים שחורים, רדיוס שוורצשילד מגדיר את מעטפת אופק האירועים.
סיווג חורים שחורים
ניתן לסווג חורים השחורים לחמש קבוצות על־פי גודלם (מהקטן לגדול):
1. חור שחור זעיר – אלה הם חורים שחורים היפותטיים בעלי גודל הקטן מפרוטון, שעל פי התאוריה הדנה בממדי מרחב נוספים, יכולים להיווצר במאיצי חלקיקים או כתוצאה מפגיעת קרניים קוסמיות. משוער שחורים כאלה נוצרים באופן ספונטני גם בתהליכים טבעיים, אך כיום, לא נמצאו עדויות תצפיתיות לקיומם.
2. חור שחור קדמון (שנוצר בתקופת המפץ הגדול) – אלה הם חורים שחורים היפותטיים, בעלי מסה של מספר טונות, שייתכן כי נוצרו זמן קצר לאחר המפץ הגדול, כאשר צפיפות המסה ביקום הייתה גדולה. בגיל הנוכחי של היקום הם צפויים לסיים את חייהם כתוצאה מקרינת הוקינג שגורמת להתאיידותם לאורך חיי היקום. עד עתה לא נמצאו עדויות תצפיתיות לסוג זה של חורים שחורים.
3. חור שחור כוכבי - בעל מסה של כוכב מהסדרה הראשית, וליתר דיוק: 3 עד עשרות מסות שמש. חורים שחורים כוכביים מאותרים בדרך כלל כאשר סביב אזור לא נראה בתצפית, נמצאת דסקת ספיחה הפולטת קרינת רנטגן. חורים שחורים כוכביים בודדים, שלא כחלק ממערכת כוכבים כפולה, (כ - 60 אחוז מהכוכבים נמצאים במערכת זוגית עם כוכב אחר) יכולים להתגלות על ידי אפקט העידוש הכבידתי שרואים כאשר הם נמצאים בקו אחד עם כדור הארץ ועם כוכב מרוחק, המצוי מאחוריהם יחסית לכדור הארץ. (ראה תמונה).
4. חור שחור בינוני - קיימות מספר טענות לקיומם של חורים שחורים בינוניים (IMBH), שלהם מסה של כמה מאות מסות שמש, אם כי עדיין לא נצפה חור כזה ולא ידוע בוודאות על קיומו. חורים שחורים אלה עשויים להיות שלב מוקדם בהיווצרות חורים שחורים על מסיביים.
5. חור שחור על מסיבי - נמצאים במרכזי גלקסיות, ומסתם מגיעה לסדר גודל של עד כ - 10^10 מסות שמש. ההשערה בדבר קיומם של חורים שחורים על מסיביים, הופיעה לראשונה עם גילוי קוואזרים וגלקסיות אקטיביות כמו גלקסיות סייפרט, בשנות ה - 60 של המאה ה - 20. המרת מסה לאנרגיה בעקבות התנגשויות בדיסקת הספיחה של חור שחור, היא ככל הנראה ההסבר לכמויות האנרגיה העצומות הנוצרות בעצמים כאלו. כיום מקובל לראות בקוואזרים, חורים שחורים על מסיביים הנמצאים במרכזן של גלקסיות רחוקות. עצמת הקרינה מקוואזר יכולה להיות חזקה יותר מעצמת הקרינה של כל הגלקסיה שמקיפה אותו. מקובל כיום להניח, בעקבות תצפיות רבות, שחורים שחורים על מסיביים, נמצאים במרכזיהן של כל הגלקסיות, או לפחות ברובן. בגלקסיה SAGE0536AGN התגלה חור שחור גדול במיוחד שהמדע עדיין לא יכול להסביר את גודלו. אחד החורים השחורים העל מסיביים הגדולים ביותר הוא החור השחור בליבת הגלקסיה הגדולה ביותר ביקום הנצפה – הגלקסיה 1101IC. בגלקסיה זו יותר מ 100 טריליון כוכבים ומסת החור השחור העל מסיבי במרכזה, הוא 40-100 מיליארד מסות שמש.
כיום ישנן ראיות אסטרונומיות לקיומם של חורים שחורים כוכביים ועל-מסיביים, ואילו השלושה האחרים (זעירים, קדמונים ובינוניים) עדיין היפותטיים.
גודלו של חור שחור נחשב לגודל של אופק האירועים, מכיוון שלא ניתן לקבל מידע מאזורים הנמצאים בתוך האופק. על פי פתרון פרטי במשוואת רדיוס שוורצשילד (וראה להלן הסבר המושגים אופק אירועים).
לאחרונה, פורסמה הערכה לכמות החורים השחורים בעלי מסת שמש ביקום. ההערכה מדברת על 40 קווינטיליון חורים שחורים ביקום.
המאמר הבא: 65 חורים שחורים - המשך
.thumb.jpg.52ad4549b784da9bcda57b84ac749ef1.jpg)
תגובה מומלצת
הצטרף לשיחה
אתה יכול לכתוב עכשיו ולהרשם אחר כך אם יש לכם חשבון הכנס עכשיו בשביל לכתוב מהחשבון שלך