עבור לתוכן
  • צור חשבון

amiorr

חבר פורום
  • הודעות פעילות

    44
  • הצטרפות

  • ביקר לאחרונה

  • ימי נצחון

    1

amiorrהנצחון האחרון היה ב פברואר 28 2022

amiorr היה בעל התוכן עם הכי הרבה לייקים

מבקרים אחרונים

73 צפיות בפרופיל

amiorr's Achievements

Enthusiast

Enthusiast (6/14)

  • One Month Later
  • Week One Done
  • Dedicated
  • Conversation Starter

Recent Badges

8

מוניטין

  1. כולכם מכירים את הפוסטים הבהירים שלי בנושאי קוסמולוגיה. אז עכשיו אפשר לרכוש את הספר שלי בנושא הנקרא "היקום ואנחנו" איך נולד היקום? אילו כוכבים מוזרים יש ביקום? האם מסע בזמן אפשרי? מהם הכוכבים הגדולים ביותר ביקום? איזו גלקסיה היא הגדולה ביותר? מהם חורים שחורים? מהם קוואזרים? לאילו גופים במערכת השמש יש הרי געש? מה התפקיד של הירח ואיך הוא נוצר? מה גודל היקום? למה לא פגשנו חייזרים? ועוד נושאים רבים ומגוונים ב- 63 פרקים של מידע קריא, ומלא מהולדת היקום ועד כדור הארץ. למעלה מ - 300 עמודים, יותר מ - 170 איורים, הכל בשפה בהירה המכוונת למי שרוצה לקבל ידע ללא נוסחאות וללא מתמטיקה. ניתן לרכוש את הספר בפורמט אלקטרוני. בבקשה לפנות אלי בפרטי או למייל amiorr@orrmor.co.il
  2. מאמר מספר 71 - על חורים שחורים – חלק שמיני השערת הצנזורה הקוסמית ופרדוקס השמדת המידע מאת עמי אור השערת הצנזורה הקוסמית: (Cosmic censorship hypothesis) היא השערה שהועלתה בשנת 1969 על ידי הפיזיקאי הבריטי רוג'ר פנרוז, לפיה כל סינגולריות כבידתית נמצאת מאחורי אופק אירועים, כלומר בתוך חור שחור. בשנת 1965 הוכיח פנרוז, בשיטות טופולוגיות, כי בתוך כל חור שחור יש לפחות נקודה סינגולרית אחת, שצפיפות החומר בה אינסופית. בהתאם למשפט זה, כל כוכב שקורס לחור שחור, סופו ליצור סינגולריות. עקב אופי המרחב-זמן בתוך חורים שחורים, הסינגולריות נמצאת בעתידו של כל עצם אשר חצה את אופק האירועים מבחוץ פנימה, או שהיה בתוך אופק האירועים מלכתחילה. במילים אחרות, בתוך אופק האירועים תתרחש תנועת חומר אל הסינגולריות. השערת הצנזורה הקוסמית החזקה - גרסה החלשה של השערת הצנזורה הקוסמית, אשר מונעת את הפרדוקס מחוץ לאופק האירועים עדיין מאפשרת אותו ליד הסינגולריות, פנימה לאופק האירועים. כדי למנוע היווצרות מצב פרדוקסלי במקום כלשהו ביקום העלה פנרוז בשנת 1978 את השערת הצנזורה הקוסמית החזקה, שטוענת כי שום צופה שמשוואת איינשטיין תקפה לגביו אינו יכול לראות "סינגולריות עירומה". כלומר, גם גוף שנמצא בתוך אופק האירועים לא יוכל להבחין ב"סינגולריות עירומה", אלא אם משוואת איינשטיין, כלומר תורת היחסות הכללית, אינה תקפה שם. השערה זו שומרת על העקביות של תורת היחסות הכללית בכל מקום, ואפילו בתוך חורים שחורים, אבל היא מצריכה תאוריה חדשה שתסביר את אשר מתרחש בקרבת הסינגולריות. תאוריה עתידית כזו מכונה כיום כבידה קוונטית. אפשרות נוספת, המסתדרת אפילו עם הגרסה החזקה של הפרדוקס, היא אי-קיומן של נקודות סינגולריות מלבד סינגולריות התחלתית - המפץ הגדול וסינגולריות סופית -הקריסה הגדולה. אפשרות זו פחות מקובלת על החוקרים, עקב ריבוי הראיות לקיומם של חורים שחורים ביקום. הן הגרסה החלשה הן הגרסה החזקה, מהוות אתגר גדול לפיזיקה התאורטית, ועד היום לא נחזתה פריצת דרך בהוכחת או בהפרכת כל אחת מהגרסאות. ההישג היחיד היה בתחום ההדמיות הממוחשבות. כך למשל, בשנת 1993 הצליחו חוקרים לדמות מצב של יצירת סינגולריות עירומה, כאשר לצורך ההדמיה נבחר פיזור של חלקיקים סקלריים (בעלי ספין אפס) וחסרי מסה שהיו מפוזרים במרחב בפיזור סימטרי כדורי. נקודת החולשה וחוסר הכלליות של ההדמיה נבעו מכך שתנאי השפה שנבחרו היו מיוחדים מאוד - הם לא היו תנאי התחלה גנריים, כלומר לא ניתן היה למצוא קבוצה פתוחה של תנאי שפה שיאפשרו את יצירת הסינגולריות העירומה. למעשה, אם היו משנים את מיקומו של חלקיק בודד, אז ההדמיה לא הייתה מובילה ליצירת סינגולריות עירומה. פרדוקס השמדת המידע פרדוקס השמדת המידע, המוכר גם בתור פרדוקס המידע (באנגלית: Information Paradox), הוא פרדוקס פיזיקלי, לפיו מידע הטמון בחומר שנכנס לתוך חור שחור עלול להיעלם בעקבות תהליך ה"התאדות" של חורים שחורים, המכונה "קרינת הוקינג". חלקיק שנמצא במצב קוונטי מוגדר נושא מידע. על-פי תורת הקוונטים, (למשל הספין שלו) התפתחות של מערכת קוונטית בזמן מאופיינת תמיד על ידי טרנספורמציה אוניטרית, אשר מעצם טבעה משמרת מידע. כאמור, משפט האין-שיער קובע ששלושת הפרמטרים היחידים של החור השחור, שאותם ניתן למדוד מחוץ לאופק האירועים, הם מסה, תנע זוויתי ומטען. לכן, אם החלקיקים המרכיבים את החור השחור נשאו מידע נוסף לפני שנכנסו לתוכו, הרי מידע זה אמור להיות בתוך החור השחור. יש להוסיף שהתהליך הקוונטי של קרינת הוקינג, שבמהלכו מסת החור השחור קטנה, אינו מוציא מידע מחוץ לחור השחור, משום שהחלקיקים המרכיבים קרינה זו נמצאים במצב קוונטי מעורב (מצב השקול לבחירה אקראית בין כל המצבים הקוונטיים האפשריים). כל עוד החור השחור קיים אנו יכולים להניח שהמידע נמצא בתוכו, אולם עם התאדותו הסופית על ידי פליטת קרינת הוקינג, נשאלת השאלה לגבי מיקום הימצאותו של המידע. אם המידע נעלם, אז לפנינו תהליך לא-אוניטרי ובלתי הפיך, אשר איננו אפשרי על-פי תורת הקוונטים. לדוגמה, כניסוי מחשבתי, נניח שקיימים שני כוכבים מסיביים שאינם טעונים. אחד מורכב מחומר בצורת אטומים רגילים והשני מורכב מאנטי-חומר בצורת אנטי-חלקיקים. אם שני הכוכבים עוברים קריסה כבידתית אז ייווצרו שני חורים שחורים זהים שצופה חיצוני לא יוכל להבדיל ביניהם. כל עוד החורים השחורים קיימים, נוכל להניח כי המידע לגבי הרכבם מצוי פנימה לאופק האירועים, וצופה חיצוני אשר יכול למדוד רק את המסה, את התנע הזוויתי ואת המטען שלהם, יקבל עבור שניהם תוצאות מדידה זהות. על פי הבנתנו את קרינת הוקינג, היא לא נושאת מידע, ולכן גם היא לא תעזור להבדיל בין "כוכב החומר" ל"כוכב האנטי-חומר". תהליך פליטת קרינת הוקינג יגרום לחורים השחורים להיעלם לחלוטין כעבור זמן מסוים, ונשאלת השאלה אם המידע לגבי הרכבם המקורי של הכוכבים אבד. תשובה חיובית לשאלה זו, הנגזרת מתיאור התהליך, מנוגדת לדרך בה אנו מבינים את מהותם של תהליכים קוונטיים בתור תהליכים משמרי מידע. מצב המחקר כיום נכון להיום אין פתרון לפרדוקס המידע. ההתקדמות היחידה בהתרתו של הפרדוקס חלה בשנת 1998, עת ניתן חיזוק תאורטי לעיקרון ההולוגרפי בצורת התאמה הידועה בשם התאמת AdS/CFT. לפי העיקרון ההולוגרפי, כל המידע שאותו נושא גוף מסוים, מרוכז על-פני המעטפת החיצונית שלו. היות שמקורה של קרינת הוקינג במעטפת החיצונית של החור השחור (אופק האירועים), ייתכן שקרינת הוקינג בכל-זאת נושאת מידע כלשהו. ההתערבות של הוקינג הפיזיקאי ג'ון פרסקיל, הטוען כי המידע איננו אובד, התערב על כך בשנת 1997 כנגד סטיבן הוקינג וקיפ תורן. לפי נוסח ההתערבות, על המפסיד למסור למנצח אנציקלופדיה שממנה "ניתן לשלוף מידע על פי הצורך". בשנת 2004 הודה הוקינג בהפסד, אולם הוא לא נימק את השינוי בעמדתו בצורה נהירה. הוקינג שלח לפרסקיל כפרס את האנציקלופדיה של הבייסבול. נכון ל-2014, נותר תורן איתן בעמדתו. כיום ישנם מדענים שטוענים שהוקינג הרים ידיים מוקדם מדי, ארבעה חוקרים: פוליצ’ינסקי ממכון קוולי, ויחד עמו אחמד אלמחיירי, דונלד מרולף וג’יימס סולי מאוניברסיטת קליפורניה, שמו לעצמם מטרה לברר את העניין. להפתעתו גילה הצוות, שעל פי חוקי הפיזיקה הידועים הם מגיעים לסתירה בשאלת המידע, וזהו בדיוק “פרדוקס חומת האש” עליו כתבתי גם בפוסט על בבעיות לא פתורות בקוסמולוגיה. חישוביהם הראו שהמידע הנפלט מהחור השחור אינו עולה בקנה אחד עם אופק האירועים התוחם אותו. במקומו מצויה אי-רציפות בוואקום שמתגלה כחלקיקים אנרגטיים - מעין חומת אש - המסתתרת בתוך החור השחור. משמעות קיומה האפשרי של חומת אש היא שאופק האירועים, שעל פי תורת היחסות הכללית הוא מרחב ריק, הוא מקום מיוחד שאיננו מתנהג לפי עקרונותיו של איינשטיין. הנושא מחייב מחקר נוסף ואישוש התיאורייה. חור לבן קיימים פתרונות למשוואות תורת היחסות שמאפשרים קיום של גוף הפוך לחור שחור. גוף כזה קיבל את הכינוי חור לבן. חור לבן באסטרופיזיקה הוא גרם שמים היפותטי שמהווה היפוך הזמן של חור שחור, בכך שהוא פולט חומר ואנרגיה למרחב הסובב אותו. בעוד החור השחור סופח אליו כל חומר או קרינה המגיעים אל מעבר לאופק האירועים שלו, החור הלבן פולט אותם אל מעבר לאופק שלו. עד היום לא נמצאו עדויות לקיומו של חור לבן כלשהו, אולם יש חוקרים המשערים כי המפץ הגדול הוא דוגמה לפעילותו של חור לבן. דרך נוחה להסביר את מהותו של חור לבן היא להמחיש את בליעתו של חומר על ידי חור שחור ולאחר מכן להפוך את כיוון הזמן, כך שנראה כי מתוך אזור נובעים אל היקום החיצוני חומר ואנרגיה. בעבר נעשו ניסיונות להסביר את הקוואזרים המרוחקים כחורים לבנים, אולם רעיון זה נזנח לאחר שהוסברה הפעילות המתרחשת באזורי הקוואזרים כמקום הפולט קרינה רבה עקב החיכוך ועליית החום הרבה העוברת על החומר הרב מסביבו בהתקרבו למרכז הקווזאר (שהוא למעשה חור שחור). לפי חלק מהמודלים הבעיה העיקרית במושג החור הלבן היא שהמקום שממנו נובעים החומר והאנרגיה אמור להיות ייחודיות שהאזור העוטף אותה אמור להיות בעל שדה כבידה כה גדול שיגרום לכל עצם הנופל לתוך החור הלבן להפוך אותו למעשה לחור שחור. לחורים לבנים מייחסים תכונות פיזיקליות שלא נצפו בשום מקום והם זוכים להתייחסות במדע בדיוני: חורים לבנים מתקשרים בדרך כלל לחורי תולעת. בנוסף, לעיתים מציגים חורים לבנים כ"פתח ליקום אחר" ו"לזמן ומרחב אחרים". החור השחור הוא הפתח ששואב את החומר לתוכו, והחור הלבן הוא המוצא שפולט את אותו חומר מתוכו.
  3. מאמר מספר 70 - על חורים שחורים – חלק שביעי - משפט האין שיער, גילוי חורים שחורים וסגיטריוס A מאת עמי אור "לחור שחור אין שערות" משפט האין-שיער (באנגלית: No hair theorem) הוא משפט בתורת היחסות הכללית המגדיר את התכונות של חור שחור יציב, שאותן ניתן למדוד מחוץ לאופק האירועים שלו. תכונות אלו הן: מסת החור השחור, התנע הזוויתי שלו והמטען החשמלי, והן מגדירות את החור השחור עבור כל צופה חיצוני, ומאפיינות אותו באופן מלא. הצופה החיצוני אינו יכול למדוד את צפיפות החומר המקומית באזורים השונים של החור השחור או להבחין בשדות מקומיים. שם המשפט, שאותו טבע ג'ון וילר, מסמל את העובדה שאופק האירועים של החור השחור הוא משטח נטול אינפורמציה (למעט שלושת הפרמטרים האמורים), בדומה לראש נטול שערות. משפט האין-שיער הוא אוסף של מספר תוצאות תאורטיות שהושגו בסוף שנות ה - 60 של המאה העשרים ובתחילת שנות ה - 70, שהתגבשו להוכחה שלמה בעבודתם של סטיבן הוקינג וורנר ישראל. משפט האין-שיער מתייחס לחור שחור במצב יציב. במשך פרק הזמן הקצר לפני שהחור השחור מתייצב הוא מכיל עדיין את התכונות העודפות שאותן יכול צופה חיצוני למדוד. התהליך המהיר של איבוד התכונות הללו מכונה "התקרחות". כך, למשל, מקורם של חלק מתוצרי ההתפרקות של חור שחור זעיר צפוי לנבוע משלב ה"התקרחות" הקצר לאחר היווצרותו. המשפט מתייחס לצופה חיצוני. צופה שנמצא פנימה לאופק האירועים יוכל למדוד פרמטרים נוספים, כמו למשל פיזור המסה בתוך החור השחור או שדות חשמליים ומגנטיים מקומיים. (אבל כמובן שלא יוכל לצאת משם ולמסור את המידע). לפי משפט האין-שיער, ניתן למיין את החורים השחורים הרגילים, שיש להם מסה, לארבעה סוגים (כמפורט למעלה): חור שחור נייח וחסר מטען, הקרוי "חור שחור מטיפוס שוורצשילד" (על שם קרל שוורצשילד); חור שחור מסתובב חסר מטען, הקרוי "חור שחור מטיפוס קר" (על שם רוי קר - Roy Kerr); חור שחור נייח בעל מטען, הקרוי "חור שחור מטיפוס רייסנר-נורדסטרום" (Reissner-Nordström); וחור שחור מסתובב ובעל מטען, הקרוי "חור שחור מטיפוס קר-ניומן" (Kerr-Newman). גוף שנכנס לחור שחור נושא עמו מידע נוסף על שלושת הפרמטרים המוגדרים על ידי משפט האין-שיער, אך מידע זה אובד עבור צופים חיצוניים כאשר הגוף עובר את אופק האירועים. תופעה זו היא המקור לפרדוקס פיזיקלי הקרוי "פרדוקס השמדת המידע". לפרדוקס זה טרם נמצא פתרון. משפט האין-שיער לא מאפשר לצופים חיצוניים להבחין בסינגולריות הכבידתית המצויה בתוך החור השחור. בכך נמנע פרדוקס פיזיקלי נוסף שעלול לנבוע ממצב שבו צופה יכול להבחין בנקודת סינגולריות. השערה זו בדבר מיקומן ה"מוסתר" של נקודות הסינגולריות מאחורי אופק אירועים קרויה "השערת הצנזורה הקוסמית". (וראה דיון בנושא זה גם בפוסטים שיפורסמו על זמן). גילוי חורים שחורים לא ניתן לצפות בחורים שחורים בעזרת פליטת אור ישירה כמו מכוכבים, משום שעוצמתה של קרינת הוקינג חלשה מכדי להתגלות עבור חורים שחורים כוכביים. אולם, ניתן לגלות אותם בעזרת בחינת תופעות הנובעות מנוכחותם, כגון עידוש כבידתי או כוכבים החגים סביב אזור בו אין חומר נראה. בנוסף, באם סביב אופק האירועים ישנם כוכבים או גז, תיווצר דיסקת ספיחה סביב החור השחור היכולה להגיע לטמפרטורות גבוהות למדי, כך שכן ניתן לאתר את הפליטה ממנה. במערכת כוכבים זוגית שאחד ממרכיביה הוא חור שחור, ייתכן כי חומר מבן־הזוג יילכד בשדה הכבידה של החור השחור, ינוע לעברו, וייאסף בדיסקת ספיחה (Accretion disc) לוהטת המסתחררת במהירות אדירה סביב החור השחור. התנגשויות בין אטומי הגז בדיסקת הספיחה גורמות לו לאבד אנרגיה ולנוע במסלול לולייני אל עבר החור השחור עצמו. תוך כדי כך מתלהט הגז לטמפרטורות של מיליוני מעלות וכתוצאה מכך, הוא מקרין קרינת רנטגן. התחממות זו היא יעילה מאוד, ויכולה להפוך עד מספר אחוזים מהמסה של הגז לקרינה, בתהליך יעיל הרבה יותר מאשר היתוך גרעיני, למשל. תופעה נוספת הצפויה להתרחש, היא היווצרות שני סילוני חלקיקים במהירויות קרובות למהירות האור הנפלטים בכיוון הניצב לדיסקת הספיחה. יש לציין, כי התנע הזוויתי של החומר בדיסקת הספיחה, מועבר לחור השחור וגורם להאצת סיבובו העצמי (חור שחור מסתובב) למעשה, דסקות ספיחה, סילוני חלקיקים ועצמים מסתובבים ניתן למצוא לא רק בקרבת חורים שחורים אלא גם סביב עצמים אחרים, כוכבי נייטרונים למשל. הדינמיקה של גופים אלו בקרבת עצמים שאינם חורים שחורים יכולה להיות זהה לזו שבקרבת חורים שחורים. הערכה של מסת הגוף הדחוס וצפיפותו יכולה להכריע אם מדובר בחור שחור או בעצם קומפקטי אחר. אם יש ראיות לכך שמסה מסוימת מרוכזת בתוך אזור המוגבל על ידי רדיוס שוורצשילד המתאים למסה זו, אז על־פי תורת היחסות הכללית לפנינו חור שחור. *Sagittarius A - מרכז גלקסיית שביל החלב כוכבים מאסיביים מקיפים את החור השחור במרכז שביל החלב. מדענים ערכו תצפיות על תנועת כוכבים סביב מרכז גלקסיית שביל החלב, שמהווה מקור של קרינת רדיו וקרינת רנטגן, הקרוי *Sgr A, והתמקדו בקבוצה של 28 כוכבים. כאשר נעזרו ברדיו-טלסקופ בתחום המיקרוגל המסוגל לצפות דרך האבק הבין־כוכבי, (המסתיר את ליבת הגלקסיה שלנו) גילו כי הכוכבים האלו מקיפים עצם בלתי נראה. על פי חישובים שערכו, הכוכבים, שאחד מהם הספיק לסיים הקפה מלאה, מקיפים עצם דחוס במרכז הגלקסיה. על פי הערכה זו, מסתו קרובה ל ־ 4 מיליון מסות שמש, והוא מהווה דוגמה לחור שחור על־מסיבי. ב-10 באפריל 2019 הודיעה קבוצת מדענים, בהם קייטי באומן, כי הצליחה לייצר תמונה של החור השחור שבמרכז הגלקסיה, באמצעות שימוש בטלסקופים הפזורים במספר מקומות על פני כדור הארץ ותזמון ביניהם באמצעות שעון אטומי. המאמר הבא : פוסט 71 חורים שחורים - המשך
  4. מאמר מספר 69 - על חורים שחורים – חלק שישי סוגי חורים שחורים, אנטרופיה וקרינת הוקינג מאת עמי אור סוגי חורים שחורים חור שחור לא מסתובב וללא מטען - אופק האירועים של חור שחור שאינו מסתובב, הקרוי חור שחור מטיפוס שוורצשילד, הוא כדורי, והסינגולריות שלו נקודתית. חור שחור מסתובב - מבנה של חור שחור מסתובב. מסביב לאופק האירועים קיים אזור הקרוי ארגוספירה שבו גופים חייבים להסתובב עקב גרירת המרחב (frame dragging) על ידי סיבוב החור (וראה האיור המצורף). אם לחור השחור יש תנע זוויתי, הנרכש בדרך כלל מהכוכב המקורי ממנו נוצר, אז הוא מתחיל "לסחוב" איתו את המרחב־זמן שנמצא סביב אופק האירועים. חור שחור מסתובב נקרא חור שחור מטיפוס קר (Kerr). האזור המסתובב שנמצא סביב אופק האירועים נקרא בשם ארגוספירה. כיוון שהארגוספירה נמצאת מחוץ לאופק האירועים, עצמים יכולים לשרוד בה בלי ליפול לחור השחור, אולם תנועתו של המרחב־זמן בתוך הארגוספירה מונעת מעצמים המצויים בה להישאר במקום. חללית שנכנסת לתוך הארגוספירה מבחוץ מסוגלת לצאת ממנה עם אנרגיה גדולה מהאנרגיה ההתחלתית שלה, בעזרת תהליך הקרוי תהליך פנרוז. בתהליך זה, החללית, בעודה נמצאת בארגוספירה, משליכה קפסולה אל עבר החור השחור, והיא עצמה בורחת אל מחוץ לארגוספירה. אמנם מסת החור השחור גדלה, אבל האנרגיה הסיבובית שלו פוחתת ומכאן המקור לעודף האנרגיה של החללית. הבדל נוסף בין חור שחור נייח לחור שחור מסתובב הוא צורת הסינגולריות. בחור שחור מסתובב צורתה טבעת, לעומת נקודה בחור שחור נייח. כמו כן, בחור שחור מסתובב, ניתן להגדיר שני משטחים המוגדרים כאופק אירועים. בתוך אופק האירועים הפנימי אין היפוך של זמן ומרחב, ועל־כן גוף שנמצא שם לא בהכרח יגיע לסינגולריות. פתרון המשוואות של חור שחור מטיפוס קר מאפשר תאורטית מסע בזמן. חור שחור טעון - חור שחור טעון, הקרוי גם חור שחור מטיפוס רייסנר־נורדסטרום (Reissner-Nordström) מכיל שני משטחים המוגדרים כאופק אירועים (בדומה לחור שחור מסתובב), אולם אין מסביבו ארגוספירה, והסינגולריות שלו נקודתית. חור שחור טעון ומסתובב - חורים שחורים שהם גם טעונים וגם מסתובבים קרויים חורים שחורים מטיפוס קר־ניומן (Kerr-Newman). אנטרופיה וקרינת הוקינג בשנת 1971, הוכיח סטיבן הוקינג שהשטח הכולל של אופק האירועים של כל חור שחור קלאסי (בלי לקחת בחשבון את תורת הקוונטים) לעולם לא יכול לקטון. הדבר נשמע דומה למדי לחוק השני של התרמודינמיקה ומכיוון שכך, הציע יעקב בקנשטיין, הישראלי, את האפשרות, לפיה האנטרופיה של החור השחור תלויה בשטח אופק האירועים. בשנת 1974 מצא הוקינג שחישובי תורת השדות הקוונטית, באזור של מרחב־זמן מעוקם מאוד, כלומר בקרבת חורים שחורים, צופה כי לגוף כזה תהייה קרינת גוף שחור, הידועה כיום בשם קרינת הוקינג. קרינה זו נפלטת מהאזור הסמוך לאופק האירועים והיא מובילה להפחתת מסת החור השחור. הניתוח של חור שחור כגוף בעל טמפרטורה הפולט קרינה, מאפשר לחשב את האנטרופיה ולמצוא את היחס בינה ובין שטח אופק האירועים, ובכך הוקינג חיזק את השערתו של בקנשטיין. מאוחר יותר, נתגלה כי חורים שחורים הם בעלי אנטרופיה מקסימלית, כלומר האנטרופיה המקסימלית לאזור כל שהוא בחלל, היא האנטרופיה של החור השחור הגדול ביותר שהוא יכול להכיל. קביעה זו הובילה להצעת העיקרון ההולוגרפי. (העיקרון ההולוגרפי הוא תיאוריה מדעית הטוענת שכל היקום הידוע לנו הוא הולוגרמה תלת מימדית. העיקרון מציג את הרעיון שאומר שכל העולם התלת ממדי שאנחנו מכירים, הוא השלכה הולוגרפית של נתונים רחוקים שכתובים אי שם על משטח דו-מימדי, מה שאומר שהיקום הוא סוג של הולוגרמה. הרעיון אומר שאנחנו קיימים על גבול דו מימדי שבו נמצא כל המידע על היקום. היקום התלת מימדי שאנחנו רגילים אליו, הוא הגבול הדו מימדי שמתבטא בתור הולוגרמה תלת מימדית. הרעיון הועלה לראשונה על ידי פרופ׳ ג׳רארד ט׳ הופט בשנות התשעים ולאחר מכן פותח על ידי פרופ׳ לאונרד סוסקינד. העיקרון ההולוגרפי מתבסס על תיאוריה נוספת שאומרת שכאשר עצם כלשהו נכנס לחור שחור, הוא מסתובב ונכנס בהדרגה עד שהוא מגיע למרכז החור השחור, ושם נעלם. כל עצם מכיל מידע אודות סידור החלקיקים המרכיבים אותו. המידע הזה לא יכול "להיעלם", ולכן התיאוריה אומרת שכל המידע על אותם חפצים שנכנסו לחור השחור, נשמר מקודד על פני החור השחור, הנקרא "אופק האירועים", כמו הולוגרמה) קרינת הוקינג מורכבת משלל החלקיקים היסודיים, ומשום שהיא מכילה גם פוטונים, ניתן להסיק כי חורים שחורים אינם שחורים לחלוטין. מעבר לכך, התופעה מראה שהמסה של החור השחור קטנה ככל שעובר הזמן בהינתן שאינו סופח אליו חומר מבחוץ. על אף שתופעות אלו הן זניחות בעצמים בקנה מידה אסטרונומי, הן נעשות משמעותיות עבור חורים שחורים זעירים, מפני שטמפרטורת החור השחור (טמפרטורת הוקינג) גדולה יותר ככל שמסת החור השחור קטנה יותר. חורים שחורים זעירים צפויים "להתאדות", ולבסוף להיעלם בפרץ של אנרגיה. מכיוון שכך, כל חור שחור שאינו מגדיל את מסתו צפוי להיעלם תוך זמן סופי. בהקשר זה ראוי להזכיר גם את פרדוקס השמדת המידע הנובע מכך שקרינת הוקינג הנוצרת על אופק האירועים, ככל הנראה, אינה מכילה מידע על תוכנו של החור השחור. פיזיקאים מסוימים טוענים שקרינה זו מכילה בסופו של דבר מידע, אך אין ראיות פיזיקליות ספציפיות לכך מלבד העיקרון ההולוגרפי - עיקרון על פיו המידע שאותו נושא גוף מסוים מרוכז על־פני המעטפת החיצונית שלו; היות שמקורה של קרינת הוקינג באופק האירועים (המעטפת החיצונית של החור השחור), ייתכן שקרינת הוקינג, בכל זאת, נושאת מידע כלשהו. קרינת הוקינג נוצרת על שפת אופק האירועים בצורה הבאה: התורה הקוונטית אינה פוסלת יצירה יש מאין של חלקיקים מתוך הקצף הקוונטי, בתנאי כי משך זמן קיומם הוא קצר ביותר וכי החלקיקים הנוצרים הם חלקיק והאנטי חלקיק שלו. בצורה כזו לא מופרים חוקי השימור. הוקינג הניח את ההנחה הבאה, (וגם אישש אותה לאחר מכן מתמטית) נניח כי זוג חלקיקים כזה נוצר בדיוק על אופק האירועים. אחד מהחלקיקים חוזר לתוך אופק האירועים – כלומר נכנס חזרה לחור השחור, ואילו החלקיק הנגדי לו, ממשיך לעבר החלל הרגיל. אותו חלקיק נקרא קרינת הוקינג. המאמר הבא: מאמר 70 חורים שחורים - המשך
  5. מאמר מספר 68 - על חורים שחורים – חלק חמישי שאלות פתוחות, פרדוקסים והסינגולריות מאת עמי אור שאלות פתוחות קיימות שתי שאלות פתוחות מפורסמות בנוגע לחורים שחורים. ידוע כי מאחורי כל אופק אירועים נמצאת סינגולריות כבידתית - נקודה (או טבעת שעובייה אפס) במרחב בה הצפיפות היא אינסופית, כיוון שהמסה מרוכזת בנקודה קוונטית אחת. השאלה הראשונה היא שאלת נכונותה של השערת הצנזורה הקוסמית, שלפיה כל סינגולריות מוסתרת מאיתנו על ידי אופק אירועים. השאלה השנייה קשורה למציאת פתרון לפרדוקס השמדת המידע הנובע מכך שחורים שחורים "מתאדים", ובכך לכאורה מושמד עמם המידע הקוונטי של כל מה שספחו לתוכם - מה שסותר את חוקי הפיזיקה. מבנה חורים שחורים "שטח הפנים" של חור שחור נקרא "אופק אירועים". זהו משטח דמיוני המקיף את המסה של החור השחור. כל מה שנמצא בתוך אופק האירועים, ובכלל זה גם פוטונים, לא רק שאינו יכול להגיע לאופק האירועים אלא שכל מסלול של חלקיק או קרינה, מסתיים בהכרח בסינגולריות שבלב החור השחור. חלקיקים הנמצאים מחוץ לאזור זה יכולים ליפול פנימה ולחצות את אופק האירועים, אך לעולם לא יוכלו לחזור החוצה, ויסיימו את דרכם במרכז החור השחור. על פי תורת היחסות הכללית, אופק האירועים הוא אזור שבו המרחב־זמן נמתח לאינסוף, כלומר ביחס לצופה מן החוץ תנועה באזור הזה היא איטית עד אינסוף, ולכן לא ניתן לעבור אותו לעולם (גם פנימה וגם החוצה). בניסוח מתמטי, ביחס לקואורדינטות מרחב־זמן של צופה מן החוץ, המטריקה של המרחב נמתחת לאינסוף, וכל עצם (בפרט פוטון) סביב אופק האירועים נראה איטי ומוסח לאדום עד אינסוף. מכיוון שאין חלקיקים היכולים לצאת מתוך חור שחור, אין דרך בה צופה מן החוץ יוכל לקבל מידע מחלקו הפנימי של החור השחור. לחורים שחורים אין מאפיינים חיצוניים שבהם ניתן להשתמש כדי להעריך את תוכנם. משפט האין־שיער (וראה הסבר להלן) קובע כי על פי תורת היחסות הכללית, מחוץ לאופק האירועים ניתן למדוד רק שלושה פרמטרים של חורים שחורים: מסה, תנע זוויתי ומטען חשמלי. עצמים בשדה כבידה יחושו התארכות זמן. תופעה זו נבדקה בניסויים בלוויינים ועל־פני כדור הארץ בהרבה מאוד ניסויים. קרוב לחור שחור, התארכות הזמן היא משמעותית מאוד. מנקודת ראותו של צופה נייח מבחוץ, נראה שנדרש לגוף זמן אינסופי כדי להגיע אל אופק האירועים, גם אור מוסח לאדום בצורה אינסופית. לצופה מרחוק נדמה שהעצם, הנופל, ייפול יותר ויותר לאט, מתקרב, אך לעולם לא מגיע לאופק האירועים (כלומר, לוקח לו זמן אינסופי כדי להגיע אליו). מנקודת ראותו של הגוף הנופל עצמו, הזמן הנדרש כדי לחצות את אופק האירועים ולהגיע לסינגולריות יהיה סופי. הצפיפות המשוערת הממוצעת בתוך רדיוס שוורצשילד קטנה ככל שמסת החור השחור גדלה. לחור שחור שמסתו שווה למסת כדור הארץ תהיה צפיפות ממוצעת של ‎2×10^30‎ kg/m3, ואילו לחור שחור על־מסיבי עם מסה של ‎10^9‎ מסות שמש, תהיה צפיפות ממוצעת של בערך ‎20 kg/m3. מכיוון שלכדור הארץ יש רדיוס ממוצע של 6371 קילומטרים, יהיה עליו להידחס ‎4×10^26‎ פעמים כדי לקרוס ולהפוך לחור שחור. הסינגולריות במרכזו של אופק האירועים נמצאת "סינגולריות", שם צופה תורת היחסות הכללית את עיקומו האינסופי של המרחב. המרחב־זמן בתוך אופק האירועים הוא יוצא דופן בכך שהסינגולריות היא העתיד האפשרי היחיד, כך שכל החלקיקים בתוך אופק האירועים חייבים לנוע לעברה. במילים אחרות, עצם שנמצא פנימה לאופק האירועים - נגזר גורלו לא רק להישאר בתוך החור השחור, אלא אף להגיע אל הסינגולריות עצמה, שבה הזמן עבורו ייעצר. הרחבות או חלופות עתידיות לתורת היחסות הכללית (ובמיוחד הכבידה קוונטית) יצטרכו להתמודד עם סוגיות כדוגמת השערת הצנזורה הקוסמית ולהגדיר את אשר מתרחש בסינגולריות ובסביבתה. ישנם פיזיקאים שמפרשים את קיומה של סינגולריות מתמטית בתוך חור שחור כראייה לכך שהתאוריה הנוכחית אינה שלמה. נפילה לחור שחור טעות נפוצה היא לחשוב שלא ניתן להימלט מחור שחור מאחר שמהירות ההימלטות ממנו גבוהה ממהירות האור. למעשה עצם יכול להימלט מגוף שמימי (מחוץ לאופק האירועים) אם יפעיל כוח רציף הגדול ממשיכת הגוף השמימי. בתוך אופק האירועים של חור שחור הדבר בלתי אפשרי - משום שהמרחב והזמן מכופפים כך שכל מסלול אפשרי, בכל כיוון שהוא, מוליך לסינגולריות שבמרכז. לשון אחרת, בתוך אופק האירועים בכל כיוון שנביט נראה דבר אחד ויחיד - את הסינגולריות. אין דרך החוצה. בגלל אפקט התארכות הזמן, אסטרונאוט שנופל לעבר החור השחור ייראה בעיני צופה מרוחק כאילו הוא מאט את תנועתו, והסחה כבידתית לאדום תגרום לפנס שנמצא בידיו להראות אדום יותר בעיני אותו צופה מרוחק. למעשה, צופה חיצוני לעולם לא יראה את האסטרונאוט חוצה את אופק האירועים, ובשלב מסוים לא ניתן יהיה להבדיל בין האור שעוזב את הפנס ובין קרינת הוקינג של החור השחור. אולם, במערכת הייחוס שלו, יחצה האסטרונאוט הנופל, את אופק האירועים ויגיע לסינגולריות בזמן סופי. מרגע שחצה את אופק האירועים, בלתי אפשרי לצפות באסטרונאוט מן החוץ. ככל שהוא יתקרב לסינגולריות, כך הפרשי הכבידה בין חלק גופו הקרוב לסינגולריות ובין חלק הגוף הרחוק יותר (כוחות גאות) יהפכו למוחשיים יותר, והוא יימתח ולבסוף ייקרע, בתהליך הידוע בשם ספגטיפיקציה. בקרבת הסינגולריות, הפרשי הכוחות נעשים חזקים מספיק כדי שהגוף יתפרק לאטומים, ואחר־כך אפילו לחלקיקים יסודיים. הנקודה בה הפרשי הכוחות הללו הופכים משמעותיים תלויה בגודלו של החור השחור. בחורים שחורים על־מסיביים, אשר נמצאים במרכזי גלקסיות, נקודה זו נמצאת הרחק בתוך אופק האירועים, כך שהאסטרונאוט עשוי לחצות את אופק האירועים ללא פגע. לעומת זאת, בחור שחור כוכבי, הפרשים אלו הופכים למשמעותיים עוד לפני ההגעה לאופק האירועים. המאמר הבא: מאמר 69 – חורים שחורים המשך
  6. מאמר מספר 67 - על חורים שחורים – חלק רביעי קצת היסטוריה והסבר על קיום חורים שחורים מאת עמי אור קצת היסטוריה: הרעיון כי עשוי להתקיים ביקום גוף כה מסיבי עד שאפילו אור לא יוכל לברוח ממנו הועלה לראשונה על ידי הגאולוג הבריטי ג'ון מישל, ששימש בתקופה זו ככומר. הוא רשם את הרעיון במכתב שנשלח בשנת 1783 לידידו הנרי קוונדיש, והלה פרסם אותו בכתבי החברה המלכותית של לונדון. באותו זמן התאוריה הניוטונית של הכבידה והמושג של מהירות מילוט, היו כבר ידועים היטב, וכמו כן מהירות האור הייתה ידועה בקירוב. מישל שהאמין בהיפותזה נוספת של אייזק ניוטון, לפיה האור עשוי מחלקיקים, הסיק ששדה הכבידה של כוכב מאט את האור שעוזב את פניו, ועל פי חישוביו, בגוף בעל רדיוס הגדול פי 500 מזה של השמש וצפיפות השווה לזו של השמש, תהיה מהירות המילוט מפני השטח גדולה ממהירות האור. אף על פי שלא ייחס לכך סבירות גבוהה, מישל הביא בחשבון את האפשרות שישנם עצמים רבים כאלה ברחבי היקום ללא ידיעתנו. הוא גם הציע דרך למצוא אותם במערכת כוכבים זוגית - שיטה שמשמשת גם כיום. בשנת 1796 הגיע המתמטיקאי הצרפתי פייר סימון לפלס, למסקנות דומות, כנראה מבלי להכיר את עבודתו של מישל, והוא פרסם את חישוביו בשתי המהדורות הראשונות של ספרו "חשיפת מערכת העולם". הפרק הושמט מהמהדורות הבאות. למעשה, עד שנות ה - 70 של המאה ה - 20 הוענקה זכות הבכורה על גילוי החורים השחורים ללפלס, ורק אז התגלה מחדש מכתבו של מישל בין פרסומי החברה המלכותית. במאה ה - 19 הרעיון זכה לתשומת לב מעטה מאוד כיוון שבאותה התקופה, הפרדיגמה השולטת הייתה שהאור הוא גל חסר מסה, ולפיכך הכבידה אינה משפיעה עליו. גם ההכרה בתכונות החלקיקיות של האור (פוטונים) בתחילת המאה ה - 20 לא שינתה את הגישה, היות שהפוטון הוא חלקיק חסר מסה ולא היה מצופה ממנו להיות מושפע מכבידה. הסבר ניוטוני לתופעת החור השחור לפי הפיזיקה הניוטונית, יכולתו של גוף חסר כוח הנעה עצמית, להשתחרר משדה כבידה, מותנית בכך שמהירותו תהיה גבוהה ממהירות המילוט. מהירות המילוט היא פונקציה של המסה והרדיוס של הגוף ממנו מנסים להימלט ואינה תלויה במסתו של הגוף הנמלט. (לכדור הארץ למשל, מהירות המילוט היא 11.2 קילומטרים לשנייה). הסבר מודרני לקיומם של חורים שחורים בשנת 1915 פיתח אלברט איינשטיין את תורת היחסות הכללית. עוד לפני כן הוא חזה שהכבידה משפיעה על מסלול האור. מספר חודשים מאוחר יותר מצא קרל שוורצשילד, (ראה מונחים בפוסט 66) על מיטת חוליו, את הפתרונות הראשונים למשוואת השדה של איינשטיין, ושלח את מאמריו לאיינשטיין. הפתרונות שלו תיארו את שדה הכבידה הנובע ממסה נקודתית ומכוכב כדורי, ותוך כדי כך הוא הראה שהגוף אותו מכנים כיום חור שחור, אכן יכול להתקיים. שוורצשילד עצמו, וגם איינשטיין ששלח את מאמריו לפרסום, לא האמינו בקיומם של חורים שחורים ביקום, והתייחסו לחור שחור כאל מושג "לא פיזיקלי". על פי רדיוס שוורצשילד כוכב בעל מסה של השמש יצטרך להתכווץ לרדיוס של שלושה קילומטרים על מנת להפוך לחור שחור. כיווץ שכזה אינו אפשרי כיוון שכוכבים, על פי הידוע בעת ההיא, מסיימים את חייהם כננסים לבנים, שהם גופים שאינם מגיעים לצפיפות כזאת (צפיפות ננס לבן היא בערך טון לסמ"ק, פי מיליון מצפיפותם של מים). ב - 1930, מצא סוברהמניאן צ'נדראסקאר, כי תורת היחסות הפרטית מדגימה למעשה שגוף מעל מסה מסוימת, הנקראת כיום גבול צ'נדראסקאר, לא יסיים את חייו כננס לבן, אלא יקרוס לכוכב נויטרונים. כך, כוכבים שמסתם היא יותר מ - 1.44 מסות שמש, קורסים לכוכב נויטרונים - גוף שבו הפרוטונים מאוחים עם אלקטרונים והופכים לנויטרונים. צפיפות כוכב הנויטרונים היא בערך אלף טון למילימטר מעוקב. לכוכב נויטרונים בעל מסה גדולה מפי 3 ממסת השמש (גבול טולמן – אופנהיימר – וולקוף) יש רדיוס קטן מרדיוס שוורצשילד, ולכן הוא חור שחור. מאחר שכוכבים מאבדים מסה במשך מחזור החיים שלהם, כוכב בעל מסה גדולה פי 30 מן השמש יסיים את חייו כחור שחור. את טיעוניו של צ'נדראסקאר ניסה לסתור ארתור אדינגטון, המנחה שלו בלימודי הדוקטורט. היום ידוע שצ'נדראסקאר צדק, ומוכר גם גבול נוסף, כאמור, (גבול טולמן־אופנהיימר־וולקוף), שגוף בעל מסה גדולה ממנו יקרוס באופן מלא, ולא יהיה דבר שיעצור את הפיכתו לחור שחור. את מנגנון הקריסה המלאה הבינו בשנת 1939 רוברט אופנהיימר והארטלנד סניידר. תוצאה, שקמו לה מסתייגים רבים בזמנו, ועל אף שהיא התייחסה רק לכוכב שהוא כדור מושלם, הראתה לראשונה את מנגנון ההיווצרות של חורים שחורים. עצמים שכאלה נקראו למשך תקופה מסוימת כוכבים שעברו קריסה כבידתית מלאה או כוכבים קפואים, מכיוון שצופה חיצוני לא יראה את המשך הקריסה מעבר לרדיוס שוורצשילד ולגביו הכוכב "יקפא" במצב זה. עצמים אלו לא היוו מרכז התעניינות גדול במיוחד בפיזיקה התאורטית עד לשנות ה - 60 המאוחרות. העניין בכוכבים קורסים, עלה שוב בשנת 1967 עם גילוים של הפולסרים, שאז עדיין לא ידעו כי אלו כוכבי נויטרונים, והיו השערות שונות באשר לזהותם. ג'ון ארצ'יבלד וילר, טבע בשנה זו את המונח "חור שחור", כאופציה לא מקובלת לזהותם של הפולסרים, והחל להשתמש בשם זה מבלי להסביר את כוונתו. השם הקליט התפשט בקרב הפיזיקאים תוך זמן קצר ותורגם לרוב השפות. אפילו בצרפתית וברוסית, בהן הייתה לביטוי זה משמעות אחרת קודם לכן, הצירוף מוכר כיום רק במשמעותו האסטרונומית. ניתן גם להזכיר כי בינואר 1967, עת רווחו עדיין שמות אחרים לחורים שחורים, המונח כוכב שחור הופיע בפרק "מחר הוא אתמול" בעונה הראשונה של מסע בין כוכבים. Cygnus X- הוא החור השחור הראשון שהתגלה ואומת ב - 1973. ב - 1971 נערך סקר של קרינת רנטגן בקבוצת כוכבים ברבור שם הופיע אזור הפולט קרינת רנטגן חזקה. מהסתכלות על הכוכב HDE 226868 נתגלה שהוא משנה את צבעו כל 5.6 ימים, מאדום לכחול עקב אפקט דופלר, אך לא הובן מה הוא מקיף. ההשערה הייתה שזה חור שחור. לצורך כך היה צורך בחישוב מסתו, שבהתחלה חושבה לפי 3 לפחות ממסת השמש, אך רק כעבור 40 שנה התגלתה שהמסה היא פי 14–16 פעמים מסת השמש, והמרחק אליו הוא כ - 6000 שנות אור. המרחק הקצר בין הכוכב HDE 226868 לחור גורם לכך שהאחרון סופח ממנו חומר, היוצר דיסקת ספיחה, וכן שני סילונים ניצבים לדיסקה, המשגרים חומר לחלל במהירות הקרובה למהירות האור. החומר הנופל לחור השחור מתחמם עד למיליון מעלות צלזיוס, מה שגורם לו לפלוט קרינת רנטגן. המאמר הבא: מאמר 68 – חורים שחורים - המשך.
  7. מאמר מספר 66 - על חורים שחורים – חלק שלישי מאת עמי אור המונח אופק האירועים אופק אירועים הוא מעטפת דמיונית המקיפה חור שחור, שאירועים המתרחשים בתוכו, אינם יכולים להשפיע על צופה חיצוני כלשהו הנמצא מחוצה לו. צופה אינו יכול להבחין באירועים בתוך האופק. שום מידע, לרבות אור, הנפלט מצדו הפנימי של אופק האירועים, לא יוכל לעולם להגיע לצופה חיצוני, וכל עצם או קרינה העוברים את אופק האירועים מבחוץ פנימה, לא ייראו שוב, ויתרכזו, בסופו של דבר, בנקודה מסוימת במרחב-זמן - הסינגולריות. בהכללה, ניתן להתייחס לאופק אירועים עבור צופה מסוים, כגבול במרחב-זמן, שאירועים המתרחשים עליו או בתוכו, לא יגיעו לעולם אל אותו צופה. המושג אופק אירועים מתאר גם אופקים אחרים כגון אופק האירוע של היקום הנצפה. אופק אירועים של חור שחור לפי התיאור היחסותי, חור שחור הוא עצם דחוס עד כדי כך, שחומר וקרינה אינם יכולים להימלט משדה הכבידה שלו. לעיתים מגדירים זאת כאזור בחלל שמהירות הבריחה ממנו גדולה ממהירות האור. הגדרה מדויקת יותר היא שבתוך האופק, כל המסלולים בקונוס האור בתוך האופק, מתעקמים פנימה, לעבר מרכז החור השחור - הסינגולריות. מרגע שחלקיק עובר את האופק, התקדמותו אל תוך מרכז החור היא בלתי נמנעת. המעטפת הדמיונית המוגדרת על ידי רדיוס שוורצשילד, מתפקדת כאופק אירועים של גוף לא מסתובב ברדיוס זה (יש לשים לב, שחור שחור מסתובב או טעון, פועל בצורה שונה במקצת וראה להלן). רדיוס שוורצשילד של עצם מסוים פרופורציונלי למסה שלו. אם נניח כי השמש תוכל להפוך לחור שחור, עבור מסת השווה לה, החור השחור (כלומר, אופק האירועים, יהיה בקוטר של כ - 3 קילומטרים בערך, ועבור זו של כדור הארץ – כ - 9 מילימטרים. לחור שחור שנוצר מקריסת כוכב בעל מסה הגדולה מגבול צ'נדראסקאר, הגבול התחתון הוא 4 קילומטרים בערך. אופקי אירועים של חורים שחורים ראויים לציון במיוחד משלוש סיבות: • ראשית, קיימות דוגמאות רבות לחורים שחורים, הקרובות דיין על מנת שיתאפשר לחקרן. • שנית, חורים שחורים נוטים לספוח חומר מסביבתם, מה שמספק דוגמאות למקום בו חומר העובר אופק אירועים, צפוי להיראות כתוצאה מתהליכים בתוך דיסקת הספיחה. • שלישית, התיאור של חורים שחורים באמצעות יחסות כללית ידוע כהערכה מקורבת, מאחר והתנאים באזור זה יוצרים מצב בו משוואות היחסות הכללית לא ישימות (ועל כך בפוסט עתידי) ומשערים כי תופעות של כבידה קוונטית תהפוכנה למשמעותיות בקרבת אופק אירועים. דבר זה מאפשר להשתמש בעקיפין בתצפיות על חומר בקרבת אופק אירועים של חור שחור, לחקר היחסות הכללית וההרחבות המוצעות שלה. כהערת אגב, כבידה קוונטית היא תורה שמנסה לאחד את היחסות ואת החלקיקים הקטנים. תורה כזו טרם פותחה בגלל קשיים שונים חלקם מתמטיים (ראה פוסט 84 שיפורסם בקרוב). תפיסה מוטעית הנוגעת לאופקי אירועים, בייחוד לכאלה של חורים שחורים, היא שהם מייצגים משטח בלתי-משתנה אשר משמיד עצמים המתקרבים אליו. למעשה, קיימים מספר מאפיינים המשותפים לכל אופקי האירועים: הם נראים רחוקים במידת מה מכל צופה, ועצמים הנשלחים לכיוונם לעולם לא נראים חוצים אותם מנקודת הראיה של הצופה החיצוני ששלח אותם (הואיל וקונוס האור של אירוע חציית האופק לא מצטלב לעולם עם קו העולם של הצופה). ניסיון לגרום לעצם המתקרב לאופק אירועים להישאר נייח ביחס לצופה, דורש הפעלת כח בעוצמה ההופכת לאינסופית, ככל שהוא מתקרב לאופק. במקרה של אופק אירועים סביב חור שחור, צופים הנייחים ביחס לעצם רחוק כלשהו, יסכימו ביניהם על מקום המצאו של האופק. אף על פי שנראה כאילו מצב זה מאפשר ל"הוריד צופה באמצעות חבל" לכיוון החור השחור, וליצור מגע עם האופק, למעשה, לא ניתן לעשות זאת. מנקודת מבטו של צופה חיצוני, אם הוא מנמיך אחר באטיות אל האופק, אזי, במערכת היחוס שלו, האופק נראה מאוד רחוק, והוא יזדקק לאורך הולך וגדל של חבל על מנת להגיע אל האופק. אם הוא מונמך במהירות, אזי האחר, וחלק מהחבל, יוכלו לגעת ואף לחצות את אופק האירועים אבל מנקודת מבטו של הצופה מבחוץ, האחר לא יגיע לעולם לאופק האירועים. אם ימשכו חזרה את החבל, כדי לחלץ את הצופה, הכוחות הפועלים לאורך החבל יגברו ללא גבול ככל שיתקרבו לאופק האירועים, ובנקודה מסוימת הוא יהיה חייב להיקרע. יתר על כן, הקריעה תהיה חייבת לקרות לא באופק האירועים, אלא בנקודה בה מי שמנמיך את הצופה יוכל לראות את המתרחש. ניסיון לנעוץ מוט קשיח מבעד לאופק האירועים של החור השחור לא יצלח: אם המוט מונמך באטיות רבה, הוא יהיה תמיד קצר מכדי לגעת באופק, לאור הדחיסה הקיצונית של קואורדינטות המערכת בקרבת קצה המוט. מנקודת מבטו של צופה בקצה (השני) של המוט, אופק האירועים יישאר בלתי ניתן להשגה. אם המוט מונמך במהירות, תופענה אותן בעיות, בדומה לאלה שהופיעו עבור החבל: המוט יהיה חייב להישבר, והשברים יפלו אל תוך החור השחור. במילים אחרות, מנקודת המבט של צופה מחוץ לאופק האירועים הממתין בחללית, יראה אסטרונאוט המתקרב אל אופק האירועים, כאילו הוא מאט את מהירותו. זאת ועוד, האפקטים היחסיים של כבידה יגרמו לזמן להתארך מנקודת מבטו של הצופה החיצוני לגבי האסטרונאוט המתקרב אל אופק האירועים. הצופה החיצוני לא יוכל לראות את האסטרונאוט לעולם חוצה את אופק האירועים. לעומת זאת לאסטרונאוט שמגיע לאופק, לא תהיינה שם בעיות של זמן הוא יחצה את האופק – כמובן אל מותו הוודאי. תיאור אופקי האירועים ביחסות הכללית נחשב כבלתי-שלם. לכשיוגדרו התנאים בהם מתקיימים אופקי אירועים תוך שימוש בתמונה שלמה יותר של הדרך בה עובד היקום, הכוללת את תורת היחסות ואת מכניקת הקוונטים גם יחד, צפויים מאפייני אופקי האירועים להיות שונים מאלה הנחזים באמצעות יחסות כללית בלבד. נכון לעכשיו, מוערך כי ההשפעה הראשונית של התופעות הקוונטיות היא שאופקי אירועים יהיו בעלי טמפרטורה, וככאלה - יפלטו קרינת גוף שחור. עבור חורים שחורים, באה השפעה זו לידי ביטוי בקרינת הוקינג (ראה בהמשך). השאלה הגדולה יותר - כיצד קיימת טמפרטורה לחור שחור - היא חלק מנושא התרמודינמיקה של חור שחור. עבור חלקיקים מאיצים, באה השפעה זו לידי ביטוי באפקט אנרו (Unruh), הגורם למרחב מסביב לחלקיק להראות מלא בחומר ובקרינה. תיאור מלא של אופקי אירועים יחייב, לכל הפחות, תאוריה של כבידה קוונטית. תאוריה מועמדת אחת שכזאת היא תורת M במסגרת תורת המיתרים. שני סרטונים למעוניינים שמסבירים בקצרה מהו חור שחור (השני בעברית): https://youtu.be/UHIdUXXyaTE https://youtu.be/bgW7pv2i9h4 המאמרהבא: מאמר 67 חורים שחורים - המשך
  8. מאמר מספר 65 - על חורים שחורים חלק שני מאת עמי אור היווצרות חורים שחורים על נושאים אלה דנתי בסדרת המאמרים 38-43. כוכבים צפויים לעבור קריסה כבידתית לאחר שאוזל מלאי הדלק הגרעיני שלהם והם מפסיקים להפיק אנרגיה באמצעות היתוך גרעיני. בשלבי החיים האחרונים של כוכב, הוא משיל מעליו את המעטפת החיצונית, שהופכת במקרים רבים לערפילית פלנטרית, והגלעין שלו הופך לגוף קטן ודחוס. כוכב שמסתו המקורית קטנה מ ־ 8 מסות שמש צפוי להפוך לננס לבן, ולאחר השלת המעטפת החיצונית, מסתו לא תעלה על גבול צ'נדראסקאר, שגודלו 1.44 מסות שמש. כוכב מסיבי יותר, בעל מסה גדולה מ - 8 מסות שמש וקטנה מ - 20 מסות שמש יקרוס לכוכב נויטרונים תוך כדי פיצוץ סופרנובה. מסתו הסופית תהיה קטנה מגבול טולמן־אופנהיימר־וולקוף, שגודלו כ - 3 מסות שמש. לעומת זאת, כוכב מסיבי מאוד, בעל מסה של 20 מסות שמש ומעלה, יקרוס בסוף חייו באירוע סופרנובה, לחור שחור. גם לכוכבים אלה המעטפת החיצונית תושלח מהכוכב בשלבי חייו האחרונים ויצירת ערפילית פלנטרית. מסתו הסופית של חור שחור כזה, הקרוי חור שחור כוכבי, צפויה להיות גדולה מ - 3 מסות שמש. באופן מעשי, הוא הופך לחור שחור רק כאשר המסה שלו מתרכזת בתוך כדור שהרדיוס שלו קטן מרדיוס שוורצשילד, והדבר צפוי להתרחש במהלך הקריסה. במילים אחרות, החור השחור נוצר יחד עם היווצרות אופק אירועים סביבו. מרגע זה, אור שעוזב את פני הכוכב לא יכול לצאת מחוץ לאופק האירועים. משפט מתמטי קובע שפנימה לאופק האירועים החומר חייב, בסופו של התהליך, להתרכז בנקודה אחת, וליצור סינגולריות. סינגולריות היא מקום בו חוקי הפיזיקה ותורת היחסות אינם ישימים. הצפיפות והכבידה בתוך הסינגולריות היא אינסופית. גודל הסינגולריות - אפס. קריסה שכזו צפויה ליצור רק חורים שחורים שמסתם 3 מסות שמש או יותר. חורים שחורים הקטנים מגבול זה יכולים להיווצר רק באזור בעל צפיפות חומר גבוהה מאוד. כיום, תנאים כאלה קרוב לוודאי לא קיימים, אבל ייתכן שהתנאים ביקום הצעיר מאוד, חלקי שנייה לאחר המפץ הגדול, אפשרו את היווצרותם של חורים שחורים קטנים. חורים שחורים היפותטיים אלו, מכונים חורים שחורים קדמונים. התהליך שמתאר היווצרות של חורים שחורים על מסיביים אינו ברור די צרכו. על פי אחת ההשערות חורים שחורים אלו, שמסתם גדולה פי מיליונים עד מיליארדים ממסת השמש, נוצרו תוך כדי קריסה כבידתית של כוכבי ענק קדומים. אפשרויות אחרות הן קריסה של חומר רב שנמצא באזור קטן יחסית במרכז גלקסיה, נפילת כמויות גדולות של חומר לתוך חור שחור קיים, או התמזגות של כמה חורים שחורים קיימים. כיום, חורים שחורים אלו, שמצויים במרכזי הגלקסיות (המהווה אזור צפוף) בדרך כלל, מספח אליו באופן קבוע חומר שנמצא שם. אם כן, מהו חור שחור? חור שחור או כפי שנקרא באנגלית ,Black Hole הוא גרם שמיים בעל שדה כבידה כה חזק, ששום עצם או קרינה הקרובים אליו יתר על המידה אינם יכולים להימלט וגורלם נגזר להיבלע במרכזו. כל מסלול תנועה אפשרי בתוך תחומי אופק האירועים מוליך לנקודה אחת ויחידה - המרכז (הסינגולריות). קרוב לחור השחור בכל כיוון שנתקדם, נגיע לבסוף אל המרכז. מהירות המילוט ממנו גבוהה יותר מאשר מהירות האור ומאחר ואין בטבע מהירות גבוהה ממהירות האור, שום דבר, לא חומר, ולא חלקיקים, ולא קרינה, יכולים להימלט ממנו (וראה סייגים לכך בהמשך). לו ניתן היה לראות את הסינגולריות, היא הייתה נראית בכל כיוון שהוא. כמובן שלא ניתן לצפות בסינגולריות "עירומה". כל מסה הנדחסת לכדור בעל רדיוס קטן או שווה לרדיוס שוורצשילד מהווה למעשה חור שחור. כאמור, חור שחור יכול להיווצר כתוצאה מקריסה כבידתית בשלבים אחרונים של התפתחות כוכב כבד מאוד. אף על פי שהחור השחור עצמו אינו מקרין (ומכאן מגיע שמו), תהליך קוונטי המכונה קרינת הוקינג גורם לפליטת קרינה וחלקיקים מסיביים מהגבול החיצוני של החור השחור, הקרוי אופק אירועים. מסתו של החור השחור גדלה כאשר גוף חוצה את אופק האירועים מבחוץ פנימה, ומאידך, מסתו קטנה בעקבות קרינת הוקינג. (על קרינת הוקינג ראה הסבר בהמשך). ב־10 באפריל 2019, צולמה תמונה (מעובדת) של חור שחור בגלקסיה האליפטית M87 באמצעות הטלסקופ EHT. (ראה התמונה המצורפת). המאמר הבא: מאמר 66 חורים שחורים - המשך
  9. 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
  10. מאמר מספר 63 - על בעיות לא פתורות בקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה - המשך מאת עמי אור המאמרים 59-63 דנים בבעיות הלא פתורות בקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה. ישנן כמובן גם בעיות אחרות לא פתורות בפיזיקה, שיתכן ואתייחס אליהן בפוסט עתידי. קריאה מהנה ואשמח לענות על שאלות ולשמוע תגובות. חיים מחוץ לכדור הארץ 31. האם יש חיים אחרים ביקום? במיוחד האם יש חיים אינטליגנטים אחרים? אם כן, מה ההסבר לפרדוקס פרמי? פרדוקס פרמי (Fermi paradox) הוא שאלה שהועלתה על ידי הפיזיקאי אנריקו פרמי בשנות ה - 50 של המאה ה - 20, בשאלו: "אם אכן ישנם חיים תבוניים ביקום, אז היכן הם?" שאלה פשוטה זו היא נושא לדיון טעון בין מדענים וסופרי מדע בדיוני ברחבי העולם. באופן כללי, טענת הפרדוקס היא כדלקמן: התרבות האנושית הצליחה, תוך כ־5,000 שנה מאז המצאת הכתב, לשגר אדם אל הירח, וסביר שבעשורים הקרובים אף תשגר אנשים אל כוכבי לכת אחרים. בהנחה שמרגע שהושגה הטכנולוגיה להקים מושבות על פלנטות אחרות, כל מושבה תוכל בעצמה ליישב לפחות שתי פלנטות אחרות בתוך עשרות עד מאות שנים מזמן הקמתה שלה, ברור שקצב ההתפשטות של הציוויליזציה יהיה מעריכי. ציוויליזציה כזו תכפיל את מספר כוכבי הלכת שתחת שליטתה מדי מספר מאות שנים. חשבון פשוט מראה שתוך פחות מכ־5 מיליון שנה, ציוויליזציה טכנולוגית כזו תגיע אל כל קצוות הגלקסיה. מכיוון שגיל הגלקסיה מוערך ב־12 מיליארד שנה, גם אם נניח שהיא הפכה לראויה ליישוב רק במיליארד השנים האחרונות (הנחה שמרנית מאוד), ברור שאם הייתה תרבות טכנולוגית על כוכב לכת אחר בגלקסיה, היא הייתה צריכה מזמן להגיע לכדור הארץ. 32. האם נוסחת דרייק היא נכונה? אם כן, האם היא חיונית למציאת ציוויליזציות חוצניות? פרנק דרייק פיתח נוסחה שמחשבת האם יש חיים תבוניים בגלקסיית שביל החלב. הוא חזה שחיים תבוניים הם נפוצים מאוד ביקום ושקיימות כ - 10,000 תרבויות תבוניות בגלקסיה שלנו לבדה, בהסתמך על נתונים גולמיים כמו גודל וגיל היקום, הזמן הדרוש לאבולוציה, תדירות הופעתן של שמשות ופלנטות בגודל ומרחק המתאימים וכדומה. בניגוד לאמונה הרווחת, תהייתו של פרמי ניתנה לפני משוואת דרייק. לאחר שנוסחת דרייק התקבלה בחוגים מסוימים, הועלתה שאלתו של פרמי בשנית כמעין פרדוקס על תוצאת נוסחת דרייק, למרות שלא מדובר בפרדוקס לוגי מהסוג המקובל השתרש המינוח. אם ישנן כ-10,000 תרבויות חוצניות תבוניות, איך זה שטרם ראינו ולו אחת מהן? ישנן מספר היפותזות המנסות ליישב שאלה זו. • היפותזת "כדור הארץ הנדיר" הטוענת שחיים רב תאיים מורכבים דורשים שילוב נסיבות הרבה יותר נדיר משחושבים. • השאלה היא אנתרופוצנטרית מהגדרתה (היא מניחה שחייזרים יהיו בעלי מאפיינים דומים לשלנו, שאיפות דומות, ויכולות דומות). • חיים תבוניים, המבוססים על פסיכולוגיה תחרותית ההכרחית לניצחון אבולוציוני הורסים את עצמם בהגיעם ליכולת טכנולוגית. • אנו לא מחפשים מספיק זמן (טכנולוגיית רדיו מודרנית היא בת פחות מ-3 דורות אנוש). • תרבויות המגיעות ליכולת טכנולוגיית רדיו, הן ברות גילוי במרחקים אסטרונומים רק בתקופת ההבשלה הראשונית של הטכנולוגיה (כיום שידורי כבלים, רשתות סלולריות ולוויינים חוסכים מאיתנו את הצורך לשדר בעוצמות גבוהות לאטמוספירה ומשם לחלל). • המרחקים האדירים של החלל הבין כוכבי אינם מאפשרים תקשורת (ודאי דו-כיוונית) בין שתי תרבויות שונות בזמן סביר. • חייזרים צופים בנו, אך מסיבות כלשהן אינם מתערבים, או שעושים זאת בסתר. 33. אות ה"וואו!": מהו טבעו של אות זה? האם האירוע הנדיר הזה היה אכן אמיתי? אם כן, מה מקורו? אות ה-"!Wow" היה אות רדיו חזק מאוד שזוהה ב-15 באוגוסט 1977 על ידי הרדיו-טלסקופ "האוזן הגדולה" של אוניברסיטת המדינה של אוהיו, ונשא את סימני ההיכר הצפויים של תשדורת שלא הגיעה מכדור הארץ או ממערכת השמש. האות נמשך במלואו 72 שניות, אבל לא זוהה שוב. ג'רי אהמן, שגילה את האות בשעה שעבד על פרויקט סט"י, התרשם כל כך מההתאמה של האות לחתימה הצפויה של אות בין-כוכבי באנטנה של הרדיו-טלסקופ, שהקיף את האותיות שמציינות את העוצמה של האות בפלט המודפס של המחשב - "6 EQUJ5", וכתב את ההערה "Wow!" בצדו של הדף. הערה זו הפכה לשמו של האות. תדירות 1420 מגה הרץ היא משמעותית בשביל מחפשי חיים תבונתיים מחוץ לכדור הארץ, משום שמימן, היסוד הנפוץ ביותר ביקום, מהדהד בערך ב-1420 מגה הרץ, ולכן חייזרים עשויים להשתמש בתדר כזה כדי להעביר אות חזק. התדירות של אות ה-!Wow תאמה בקירוב קרוב מאוד את תדירות המימן, שהיא 1420.40575177 מגה הרץ. שני הערכים השונים שניתנו לתדירות (1420.356 מגה הרץ ו-1420.4556 מגה הרץ) נמצאים באותו מרחק לתדירות המימן. הראשון קטן בערך ב-0.0498 מגה הרץ מתדירות המימן, והשני גדול בערך ב-0.0498 מגה הרץ מתדירות המימן. רוחב הפס של האות הוא פחות מ-10 קילו הרץ (כל עמודה בתדפיס מתאימה לערוץ רחב של 10 קילו הרץ; האות נמצא רק בעמודה אחת). אהמן חיפש ללא הצלחה הופעה חוזרת של האות בחודשים שלאחר הגילוי. ב-1987 וב-1989 נערך חיפוש אחר האות באמצעות מערך META, אבל הוא לא זוהה שוב. במבחן איתור אות שנעשה ב-1995 עבור SETI, כוון הרדיו-טלסקופ לאותה נקודה בשמיים שממנה הגיע אות ה-!Wow וסרק אותה כמה פעמים. לא התקבל שום אות. בבדיקה שנעשתה באמצעות המערך הגדול מאוד לא התקבל שום אות שדומה לאות ה-!Wow. ב-1999 נערך חיפוש נוסף אחר האות באמצעות רדיו-טלסקופ בקוטר 26 מטר, אבל לא זוהה שום דבר שדומה לאות ה-!Wow. עד היום לא נמצא הסבר מניח את הדעת לאות.
  11. מאמר מספר 61 - על בעיות לא פתורות בקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה - המשך מאת עמי אור המאמרים 59-63 דנים בבעיות הלא פתורות בקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה. ישנן כמובן גם בעיות אחרות לא פתורות בפיזיקה, שיתכן ואתייחס אליהן במאמר עתידי. קריאה מהנה ואשמח לענות על שאלות ולשמוע תגובות. חורים שחורים לחורים שחורים כתבתי סידרת מאמרים שלמה – ראה המאמרים העתידים להתפרסם מ 64 ועד 71 15. סינגולריות כבידתית: האם תורת היחסות הכללית מתפרקת בחלקו הפנימי של חור שחור כתוצאה מכבידה קוונטית או תופעות אחרות? כיום ההשערה היא שכן אבל אין אפשרות הוכחה גם לא מתמטית. 16. משפט ה"אין-שיער": השערות כאן קשורות לאמירה של ג'ון ווילר: "לחורים שחורים אין שערות" האם לחורים שחורים יש מבנה פנימי? אם כן, כיצד ניתן לחקור את המבנה הפנימי שלהם? משפט האין-שיער (באנגלית: No hair theorem) הוא משפט בתורת היחסות הכללית המגדיר את התכונות של חור שחור יציב, שאותן ניתן למדוד מחוץ לאופק האירועים שלו. תכונות אלו הן: מסת החור השחור, התנע הזוויתי שלו והמטען החשמלי, והן מגדירות את החור השחור עבור כל צופה חיצוני, ומאפיינות אותו באופן מלא. הצופה החיצוני אינו יכול למדוד את צפיפות החומר המקומית באזורים השונים של החור השחור או להבחין בשדות מקומיים. שם המשפט, שאותו טבע ג'ון וילר, מסמל את העובדה שאופק האירועים של החור השחור הוא משטח נטול אינפורמציה (למעט שלושת הפרמטרים האמורים), בדומה לראש נטול שערות. משפט האין-שיער הוא אוסף של מספר תוצאות תאורטיות שהושגו בסוף שנות ה - 60 של המאה העשרים ובתחילת שנות ה - 70, שהתגבשו להוכחה שלמה בעבודתם של סטיבן הוקינג וורנר ישראל. משפט האין-שיער מתייחס לחור שחור במצב יציב. במשך פרק הזמן הקצר לפני שהחור השחור מתייצב הוא מכיל עדיין את התכונות העודפות שאותן יכול צופה חיצוני למדוד. התהליך המהיר של איבוד התכונות הללו מכונה "התקרחות". כך, למשל, מקורם של חלק מתוצרי ההתפרקות של חור שחור זעיר צפוי לנבוע משלב ה"התקרחות" הקצר לאחר היווצרותו. המשפט מתייחס לצופה חיצוני. צופה שנמצא פנימה לאופק האירועים יוכל למדוד פרמטרים נוספים, כמו למשל פיזור המסה בתוך החור השחור או שדות חשמליים ומגנטיים מקומיים. (אבל כמובן שלא יוכל לצאת משם ולמסור את המידע). לפי משפט האין-שיער, ניתן למיין את החורים השחורים הרגילים, שיש להם מסה, לארבעה סוגים: חור שחור נייח וחסר מטען, הקרוי "חור שחור מטיפוס שוורצשילד" (על שם קרל שוורצשילד); חור שחור מסתובב חסר מטען, הקרוי "חור שחור מטיפוס קר" (על שם רוי קר - Roy Kerr); חור שחור נייח בעל מטען, הקרוי "חור שחור מטיפוס רייסנר-נורדסטרום" (Reissner-Nordström); וחור שחור מסתובב ובעל מטען, הקרוי "חור שחור מטיפוס קר-ניומן" (Kerr-Newman). גוף שנכנס לחור שחור נושא עמו מידע נוסף על שלושת הפרמטרים המוגדרים על ידי משפט האין-שיער, אך מידע זה אובד עבור צופים חיצוניים כאשר הגוף עובר את אופק האירועים. תופעה זו היא המקור לפרדוקס פיזיקלי הקרוי "פרדוקס השמדת המידע". לפרדוקס זה טרם נמצא פתרון. משפט האין-שיער לא מאפשר לצופים חיצוניים להבחין בסינגולריות הכבידתית המצויה בתוך החור השחור. בכך נמנע פרדוקס פיזיקלי נוסף שעלול לנבוע ממצב שבו צופה יכול להבחין בנקודת סינגולריות. השערה זו בדבר מיקומן ה"מוסתר" של נקודות הסינגולריות מאחורי אופק אירועים קרויה "השערת הצנזורה הקוסמית". (וראה דיון בנושא זה גם בפוסטים שיפורסמו על זמן). 17. חורים שחורים סופר-מסיביים: (ראו גם מאמר 58 שפורסם) מה מקור הקשר בין מסת חור שחור מסיבי לפיזור מהירותו בגלקסיה? כיצד יצרו הקוואזרים הרחוקים ביותר את החורים השחורים העל-מסיביים שלהם עד 10^10 שמשות כל כך מוקדם בתולדות היקום? 18. פרדוקס השמדת המידע וקרינת הוקינג: האם חורים שחורים פולטים קרינה אלקטרומגנטית, כצפוי מטעמים תאורטיים? אם כן, וחורים שחורים יכולים להתנדף, מה קורה למידע המאוחסן בהם, שכן מכניקת הקוונטים אינה מספקת השמדת מידע? או שהקרינה נעצרת בשלב מסוים ומשאירה שאריות חור שחור? קרינת הוקינג היא קרינה אלקטרומגנטית הנפלטת מחור שחור עקב מנגנון קוונטי, על פי העיקרון של קרינת גוף שחור. ב-1975, העלה סטיבן הוקינג, טענה כי חור שחור חייב לפלוט קרינה, כתוצאה של זוגות חלקיקים וירטואליים שנוצרים קרוב לפני אופק האירועים שלו. ביצירה של חלקיקים כאלה, אין סתירה לחוקי השימור אם זמן החיים שלהם הוא קצר מאוד. כלומר הם נוצרים ודועכים בחזרה מיידית לתוך הקצף הקוונטי. אם היווצרות חלקיקים אלה נעשית ממש על גבול אופק האירועים ובמקרים מסוימים חלקיק אחד מהזוג, נבלע חזרה באופק האירועים והחלקיק האחר נע לתוך החלל הרגיל. אין כאן שבירה של חוק השימור. אותם חלקיקים שיוצאים מאופק האירועים נקראים קרינת הוקינג. החישובים הראו שקרינה זו מתאימה לקיום אנטרופיה הפרופורציונלית לשטח אופק האירועים של החור השחור, כפי שהציע האסטרופיזיקאי הישראלי יעקב בקנשטיין (אנטרופיית בקנשטיין-הוקינג). (בעיקרון לא יכולה להיפלט קרינה מתוך אופק האירועים). תהליך זה מוציא אנרגיה מהחור השחור, ויכול לגרום לבסוף להתאיידותו, אם כי עוצמת הקרינה כל כך קטנה, שהזמן שתהליך זה דורש הוא ארוך מאוד. למשל, עבור חור שחור בעל מסת שמש, זמן זה גדול מגיל היקום. התאיידות של חור שחור עקב קרינת הוקינג יוצרת פרדוקס של אובדן מידע (המושג הטכני במכניקת הקוונטים הוא "חוסר יוניטריות"). בשנת 2004 הכריז הוקינג שהצליח למצוא פתרון לפרדוקס זה, על ידי חישוב התנודות באופק האירועים עקב קרינת הוקינג. פתרונות אחרים לבעיה זו הם ניסיונות למצוא מנגנונים פיזיקליים שמונעים התאיידות לגמרי של חור שחור. ב - 2019, לראשונה נמצא אישוש לקרינת הוקינג על ידי יצירת חור שחור קולי. את המדידה ביצע החוקר הישראלי פרופ' ג'ף סטיינהאור מהטכניון על ידי כך שיצר מודל במעבדה המדמה את הקרינה הנפלטת מחור שחור. 19. חומות אש שחורות: האם קיימת מין "חומת אש" סביב חור שחור, אשר הורסת ומשמידה כל מידע חיצוני, בדומה לחומת אש ממוחשבת? המאמר הבא מספר 62 – המשך
  12. מאמר מספר 60 על בעיות לא פתורות בקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה - המשך מאת עמי אור המאמרים 59-63 דנים בבעיות הלא פתורות בקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה. ישנן כמובן גם בעיות אחרות לא פתורות בפיזיקה, שיתכן ואתייחס אליהן בעתיד. קריאה מהנה ואשמח לענות על שאלות ולשמוע תגובות. אסטרונומיה גלקטית ואסטרופיזיקה 11. עקומת סיבוב של גלקסיה ספירלית טיפוסית: מדוע מהירות הסיבוב של כוכבים בזרועות הספירליות של הגלקסיה, מהירה יותר מהמצופה (ראה איור) על כך כתבתי בפוסט 36 ראה קישור. (וראה גם בפוסט 51) האם ניתן לייחס את הפער בין העקומות לחומר אפל או שתאוריית הדינמיקה הניוטונית המתוקנת היא הסבר אפשרי? האם קיים הסבר אחר לכך? מהירות הסיבוב של גופים שמימיים תלויה במסת הגוף סביבו הם נעים ובמרחקם ממנו. למשל, במערכת השמש מהירות הסיבוב של הפלנטות סביב השמש, הולכת ויורדת ככל שהן רחוקות יותר מהשמש. אבל בגלקסיות נצפתה תופעה לא מוסברת, מהירות הסיבוב של הזרועות בגלקסיות ספירליות היא הרבה יותר גבוהה ממה שמתקבל על ידי חישוב המסה שלהן. הפער גדול אף יותר בזרועות מרוחקות ממרכז הגלקסיה – מדידות של מהירות הכוכבים המרוחקים ממרכז הגלקסיה גילו שמהירות הסיבוב שלהם אינה יורדת ככל שהכוכבים רחוקים יותר מהמרכז. לתופעה זו אין הסבר וההנחה המקובלת היא שקיים חומר אפל, חומר בלתי נראה שלא פולט או קולט קרינה כלשהי, ולכן קשה מאוד לאתרו. לפי החישובים, כ - 4% מהחומר ביקום הוא חומר בריוני רגיל, 23% הוא חומר אפל, ו - 73% הוא אנרגיה אפלה (שגם עליה איננו יודעים כרגע הרבה). במילים אחרות, כל הכוכבים שאנו רואים ביקום המכילים חומר "רגיל" מהווים רק 4 אחוזים!! בלבד מתכולת החומר / אנרגיה ביקום. החומר האפל התאורטי מסביר לא רק את מהירות הסיבוב של גלקסיות, אלא גם את פיזורן של גלקסיות ביקום. אחת הבעיות הלא פתורות במודל המפץ הגדול, היא שלעומת קרינת הרקע הקוסמית שהיא כמעט במאה אחוז אחידה, פיזור הגלקסיות נראה אקראי ולא מוסבר, עם צבירי גלקסיות מצד אחד, וחללים ריקים כביכול מצד שני. אמנם נצפו שינויים זעירים בצפיפות קרינת הרקע וייתכן ששינויי צפיפות קטנים אלה קיבצו סביבם יותר ויותר חומר באמצעות כוח הכבידה, וכך נוצרו במשך השנים גופים גדולים. הבעיה היא שגיל היקום אינו מספיק כדי להסביר את התהליך האיטי הזה. תוספת של חומר אפל מסבירה זאת, ולפי החישובים אחוז החומר האפל שנחוץ כדי להסביר היווצרות גלקסיות משינויי הצפיפות בקרינת הרקע, הוא בקירוב אותו אחוז שנחוץ כדי להסביר את מהירות הסיבוב של גלקסיות. לא ידוע מה טיבו של החומר האפל, והאם הוא קיים או שלתופעות יש הסבר אחר. תאוריה אחת גורסת שהחומר האפל הוא חומר באריוני רגיל כלומר נייטרונים ופרוטונים; תאוריה אחרת גורסת שהחומר האפל הוא חלקיקי הניטרינו המהירים, שהמסה שלהם היא אמנם זעירה אבל הם רבים מאוד ותאוריה שלישית מסבירה שהחומר האפל הוא חלקיק במערכת הסופר סימטריה (ראה 12 להלן). תאוריה אחרת היא דינמיקה ניוטונית מתוקנת (דינ"ם, באנגלית: Modified Newtonian Dynamics או MOND) היא תאוריה פיזיקלית בתחום האסטרופיזיקה המנסה למצוא פתרון לבעיית כמות המסה ביקום, כלומר פתרון לפער בין המסה המתגלה בתצפיות אסטרונומיות לבין התחזיות של חוקי הפיזיקה. תיאורית הדי"נם מציעה לבצע שינוי קטן בחוקי ניוטון כדי לפתור את הבעיה, ובכך מהווה תאוריה חלופית לתאוריית "החומר האפל" (Dark Matter). פרופסור מרדכי מילגרום הישראלי, הגה את התיאוריה. בשנת 1983 הוא פרסם שלושה מאמרים בנושא שמהווים את אבן היסוד של התאוריה שלו, שמכניסה שינויים בחוקי הכבידה של ניוטון. מילגרום מציע לבצע תיקונים בעיקר בחוק השני (F=ma) ובחוק הכבידה האוניברסלי (אשר נחשבים לאבן יסוד בפיזיקה הקלאסית). תיקונים אלה נועדו להסביר את התצפיות שהתקבלו ובכך למצוא פתרון לבעיית המסה, הנוצרת בעיקר בשולי הגלקסיות. כיום, דינ"ם תואמת את התצפיות ואת מדידות מהירות הסיבוב של הגלקסיות בצורה מדויקת יותר מתאוריית החומר האפל. למרות זאת, רק מיעוט בקרב המדענים תומך בתאוריית הדינ״ם. ניסויים עכשוויים החוקרים את מהות שדה הכבידה ואת חוקי התנועה צפויים לספק מידע נוסף שיאפשר להכריע איזו תאוריה עדיפה. אם דינ"ם תתגלה כתאוריה עדיפה, ייתכן וחוקים פיזיקליים נוספים המתבססים על חוקי ניוטון יתבררו כטעוני תיקון. 12. בעיית המסה החסרה: מה זהותו של החומר האפל? האם הוא מורכב מחלקיקים? האם מדובר בשותף על קל ביותר (LSP)? או שהאם התופעות המיוחסות לחומר אפל מצביעות לא על צורה כלשהי של חומר, אלא למעשה על הרחבה משוערת של הכבידה, שנובעת מתיקון של חוק הכבידה? החומר הבריוני (הרגיל) מהווה רק כ 5 אחוז מתכולת החומר אנרגיה ביקום. השאר כ 28 אחוז מיוחס לחומר אפל והיתרה לאנרגיה אפלה. לא ברור כיום מהו החומר האפל ואחת ההשערות היא כי מדובר בשותפי על. השערת הסופר־סימטריה גורסת, כי לכל חלקיק בטבע ישנו בן-זוג הזהה לו בכל המטענים שלו, בעל אותה המסה, אך בעל ספין שונה ב-1/2. סופר־סימטריה לא קיימת בטבע באנרגיות נמוכות ולכן ההשערה היא שהסימטריה שבורה. כתוצאה מכך, לבני הזוג הסופר־סימטריים מסה שונה מהחלקיקים של המודל הסטנדרטי. בני-הזוג הסופר־סימטריים הללו נקראים "שותפי על" (superpartners). שותפי העל כבדים במספר סדרי גודל מבני-הזוג ה"סטנדרטיים" שלהם, ולכן עד כה לא נצפו במאיצי החלקיקים הקיימים. אם אכן זו התאוריה הנכונה אזי יתכן שהמסה החסרה של החומר האפל מצויה בשותפי העל הללו. כפי שזה נראה כעת, אף חלקיק מהמודל הסטנדרטי לא יכול להיות שותף־על של חלקיק אחר, כך שאם סופר־סימטריה נכונה, חייבים להימצא עוד חלקיקים רבים שעדיין לא נתגלו, בערך כמספר החלקיקים במודל הסטנדרטי. 13. קשר עידן המתכות בדיסק הגלקטי: האם קיים קשר בין העידן המתכתי האוניברסלי לדיסק הגלקטי? אף על פי שבדיסק המקומי של שביל החלב אין שום עדות לקשר, נעשה שימוש במדגם של 229 כוכבי דיסק סמוכים כדי לחקור את קיומם של קשר עידן-מתכתי בדיסק גלקטי, ומציינים כי קיים קשר עידן-מתכתי בדיסק. מחקרים מובילים בקוסמולוגיה מאשרים את היעדר הקשר העידן-מתכתי של הדיסק. מתכתיות בכוכבים היא תוצאה של היות הכוכבים מדורות מתקדמים. המתכות הופצו ביקום ע"י התפוצצויות סופרנובה שזרעו מתכות בגז הבינכוכבי שממנו נוצרו כוכבים חדשים. הימצאות מתכות בכוכבם יכולה לשנות את מהלך חייהם ואת תהליכי הבערה שלהם. לשמש שלנו שהיא מדור 3 יש כ 2 אחוז מתכות בתכולתה. 14. מקורות רנטגן אולטרה-לומינאיים (ULX): מהן מקורות הרנטגן שאינם קשורים לגרעינים גלקטיים פעילים אך חורגים מגבול אדינגטון של כוכבי נייטרונים או חורים שחורים כוכביים? האם הם נובעים מחורים שחורים במסה בינונית? בהירות אדינגטון, הידועה גם בשם גבול אדינגטון, היא שיא הבהירות שגוף שמיימי כמו כוכב, יכול להשיג בשיווי המשקל בין לחץ קרינה שהוא פולט החוצה וכח הכבידה של משקלו הדוחף פנימה. שיווי משקל זה נקרא שיווי משקל הידרוסטטי. כאשר כוכב עובר את בהירות אדינגטון הוא יוצר רוח שמש חזקה ביותר מהשכבות החיצוניות שלו ועלול להתפרק. כיוון שלרוב הכוכבים המסיביים בהירות פחותה בהרבה מבהירות אדינגטון הם מייצרים רוח שמש בתהליך הרבה פחות עוצמתי. ההסבר של בהירות אדינגטון נוצר כדי להסביר את הבהירויות העצומות בתהליכים כמו ספיחה של חור שחור וקוואזרים. על פי החישובים המעודכנים, גבול אדינגטון יבוא לידי ביטוי בכוכבים בעלי מסה של 150 מסות שמש ויותר כמו למשל הכוכב המסיבי ביותר שנצפה עד כה R136a1 שמסתו 265 מסות שמש. (R136a1 הוא הכוכב המסיבי ביותר שנצפה ומסתו מוערכת ב 265 מסות שמש. הוא גם הכוכב בעל עוצמת ההארה הגדולה ביותר, פי 8,700,000 מעוצמת ההארה של השמש. הכוכב הוא מטיפוס נדיר מאוד, הדומה לכוכבי וולף-ראייה אך בניגוד להם הוא כוכב צעיר שעדיין מתיך מימן בליבתו. R136a1 נמצא בענן המגלני הגדול, בקבוצת כוכבים דג זהב במרחק של כ – 165000 שנות אור. הוא חלק מצביר כוכבים R136 המכיל כוכבים מסיביים ביותר וצעירים, בני כמה מיליוני שנים בלבד. כמו כוכבים היפר מסיביים אחרים, לR136a1 אין צורה מוגדרת, ועם שינויי קונבקציה בחלקו הפנימי, נפלטות שלוחות גדולות של מעטפת, שלאחר מכן חוזרות ושוקעות. כמו כוכבים מסיביים אחרים הקרובים לבהירות אדינגטון, גם R136a1 איבד חלק ניכר ממסתו הראשונית בקרינה וברוח השמש. מעריכים כי מסתו הראשונית הייתה כ - 320 מסות שמש והוא איבד כ - 50 מסות שמש במיליון השנים האחרונות. עם זאת, תאוריות חדשות טוענות כי אף כוכב אינו יכול להיווצר במסה של מעל 150 מסות שמש ועל כן מעריכים שכוכבים היפר-מסיביים כמו R136a1 יתכן ונוצרו ממיזוג של כמה כוכבי ענק. R136a1 צפוי לסיים את חייו בהיפרנובה, התפוצצות עצומה החזקה פי 100 מסופרנובה. זו תהיה היפרנובה אנרגטית במיוחד שבפיצוצה תשתחרר אנרגיה בכמות של ‎10^46 ג'ול‎. ייתכן ויסיים את חייו מוקדם יותר בתהליך אי יציבות זוגית. ליבת הכוכב צפויה לקרוס לחור שחור). כרגע יש שני הסברים אפשריים להתפרצות קרני הרנטגן. ההסבר הראשון הוא בליעה של כוכב מסוג ננס לבן על ידי חור שחור. ההסבר השני הוא התפרצות גמא, סילון אדיר של אנרגיה שמשתחרר כאשר כוכב מסיבי מתמוטט, או כאשר כוכב נייטרונים מתמזג עם כוכב נייטרונים אחר או עם חור שחור. (ראה הסבר בקישור לגבי התפרצויות גמא ובקישור זה לגבי כוכבי נייטרונים) כאשר סילון אנרגיה שכזה חוצה את היקום ממרחק גדול אורך הגל שלו גדל, כמו קרינת רנטגן. הבזקי הרנטגן אלה עוצמתיים כל כך שהם חזקים מקרינת גלקסיה שלמה. אין עדיין הסבר מלא לתופעה. המאמר הבא מאמר 61 המשך
  13. מאמר מספר 59 על בעיות לא פתורות בקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה - חלק ראשון מאת עמי אור המאמרים הבאים – 59-63 דנים בבעיות הלא פתורות בקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה. ישנן כמובן גם בעיות אחרות לא פתורות בפיזיקה, שיתכן ואתייחס אליהן במאמר עתידי. קריאה מהנה ואשמח לענות על שאלות ולשמוע תגובות. בתחילת המאה הקודמת, הייתה תחושה בקרב פיזיקאים, כי הפיזיקה מיצתה את עצמה וכי כמעט כל הבעיות בפיזיקה נפתרו. המכניקה הניוטונית שהייתה קיימת כ – 200 שנים, אפשרה לחשב מסלולי כוכבים על בסיס חוקי קפלר, ושימשה בחיי היום יום לפתור בעיות הנדסיות שונות. ואז קרו שלושה אירועים שהראו לכל הפיזיקאים כמעט בכל תחומי הפיזיקה, כי העובדה הזו רחוקה מהאמת כמו מזרח ממערב. זאת ועוד, האירועים האלה פתחו תחומי מחקר חדשים והפכו את כל הפיזיקה על פיה. האירוע הראשון התרחש ב 1905 ואחר כך ב 1915 – ואני מדבר כמובן על ניסוח תורת היחסות הפרטית ואחר כך תורת היחסות הכללית ע"י אלברט אינשטיין. האירוע השני החל להתרחש בסוף המאה ה 19 והמשיך לקרות גם בתחילת המאה ה - 20 – ואני מדבר כמובן על תורת הקוונטים המתייחסת לחלקיקים הקטנים ביותר, ועל העובדה כי הפעילות בתחום זעיר זה נשלטת ע"י אפקטים סטטיסטיים ועל ידי פונקציות של גל - חלקיק. האירוע השלישי התרחש באמצע שנות העשרים – ואני מדבר כמובן על הגילוי כי היקום מתפשט, גילוי שהוביל לתורת קוסמולוגיה חדשה ולגילויים רבים על אופי היקום בו אנו קיימים. במהלך מאה השנים האחרונות היו הישגים והתפתחויות בפיזיקה בכל התחומים, כמה מהבעיות נפתרו אבל רבות אחרות נשארו לא פתורות או תחת השערות שטרם הוכחו. חלק מהבעיות הפתוחות, הן תאורטיות, כלומר התאוריות הקיימות נראות כבלתי מסוגלות להסביר תופעה נצפית מסוימת או תוצאה ניסיונית מסוימת. חלק אחר הוא בעיות ניסיוניות, כלומר קיים קושי ביצירת ניסוי לבחינת תאוריה מוצעת או לחקור תופעה מסוימת ביתר פירוט, ואף לאשש אותה. חלק מתוך הבעיות הקיימות למשל חלקיק OMG (וראה להלן), קשורות לתצפיות חד פעמיות שלא חזרו על עצמן לצורך בדיקה חוזרת, ולכן הגורמים לתופעות אלה נותרו לא ברורים. להלן רשימה חלקית של הבעיות הקשורות לקוסמולוגיה ואסטרופיזיקה: אסטרונומיה פלנטרית: 1. מערכת כוכבי לכת: כיצד נוצרות מערכות של כוכבי לכת? מאין הגיע כדור הארץ? ההסברים לשאלה זו הקיימים כרגע הם חלקיים בלבד. ההשערה על תהליך ההתגבשות של מערכת השמש הוסברה בפוסט שלי מספר 24 (קישור לפוסט). 2. חלוקת כוכבי הלכת: מדוע כוכבי הלכת הפנימיים במערכת השמש הם סלעיים, ואילו החיצוניים גזיים? ראה גם הסבר משוער בפוסט הנ"ל פוסט 24. 3. האם יש כוכבי לכת נוספים במערכת השמש? מה ההסבר להתרחקות של קבוצת גרמי שמיים הנמצאים בחגורת קויפר? קיימות השערות על הימצאות כוכב לכת נוסף הרחק בתוך חגורת אורט אבל אין אישוש מדעי לכך. 4. קצב הסיבוב של שבתאי: מדוע האטמוספירה של שבתאי מציגה תקופתיות משתנה הקרובה לזו בה מסתובבת אטמוספירת כדור הארץ? מה קצב הסיבוב האמיתי של פנים שבתאי? אסטרונומיה כוכבית ואסטרופיזיקה 5. מחזור השמש: כיצד מייצרת השמש את השדה המגנטי המתהפך שלה מדי פעם ביחס לגודלה הגדול? כיצד נוצרים כוכבים דמויי שמש בעלי שדות מגנטיים משלהם, ומה הדמיון והשוני בין מחזורי הפעילות הכוכבים לזו של השמש? לבעיות אלה טרם נמצאו הסברים. משערים שיש קשר בין מחזור כתמי השמש – מחזור של כ – 11 שנים, להיפוך השדה המגנטי אבל אין עדיין מודל פיזיקלי שיאשש זאת. יש לזכור כי השמש אינה גוף צפיד ואזורים שונים בה מסתובבים במהירויות שונות. 6. מינימום מאונדר: מה גרם למינימום של מאונדר, ואיך מחזור השמש מתאושש ממצב מינימלי? המינימום של מאונדר (באנגלית: Maunder Minimum), הידוע גם כ"התקופה הממושכת עם מינימום כתמי שמש" ("prolonged sunspot minimum") הוא השם שניתן לתקופה שבין השנים 1645 ל-1715 הנכללת בעידן הקרח הקטן, בה הפכו כתמי שמש לנדירים ביותר. על המינימום של מאונדר, כתבתי בפוסט 30. (ראה קישור). לא ברור למה הפעילות של היתוך המימן ירדה בתקופת המינימום של מאונדר ולא ברור האם יש קשר לפעילות כתמי השמש. 7. בעיית העטרה המחוממת: מדוע העטרה של השמש חמה יותר משטח השמש? העטרה או קורונה (Corona) היא השכבה העליונה של כוכב, כדוגמת השמש, והיא נקראת גם "הילת השמש". העטרה מכילה בעיקר פלזמה של מימן, ויש נוכחות קטנה מאוד של יסודות נוספים. ניתן לצפות בה יחסית בקלות בזמן ליקוי חמה. עובי ההילה אינו מוגדר והיא מתמזגת עם רוח השמש ועם התפרצויות של הפוטוספירה. על פני השטח של השמש יש טמפרטורה של כ – 6000 מעלות צלזיוס. הקורונה הנמצאת מעל אזור זה היא בטמפרטורה שגבוהה פי 200 עד 500 פעמים (1-3 מיליון מעלות) מזו של פני השמש. במשך יותר מחצי מאה, אסטרונומים ניסו להבין מה גורם לקורונה להיות כה חמה. זוהי אחת הבעיות המטרידות ביותר באסטרופיזיקה. הפיזיקאי הסולארי, בארט דה פונטיו, ממעבדת השמש והאסטרופיזיקה של לוקהיד מרטין, אומר כי "בעיית חימום העטרה התגלתה לראשונה בשנות הארבעים. הבעיה כוללת מגוון של תהליכים פיזיים מורכבים שקשה למדוד או ללכוד באופן ישיר במודלים תיאורטיים". כאמור, המנגנון המדויק שגורם לחימום העטרה עדיין שנוי במחלוקת, אך רעיון אפשרי הוא שהשדה המגנטי של השמש והלחץ של גלי הקול מלמטה יוצר חימום. 8. סופרנובות: מהו המנגנון המדויק של כוכב גוסס להתפוצץ והתפוצצות אדירה? מידע והשערות קיימים לגבי מותם של כוכבים. על נושא זה כתבתי בפוסט 42 (ראה קישור). 9. פרצי קרינת רדיו מהירים: מה גורם לפולסי הרדיו החולפים מגלקסיות רחוקות, להימשך רק כמה אלפיות השנייה? מדוע פרצי הרדיו חוזרים על עצמם בפרקי זמן בלתי צפויים, ואף רובם אינם עושים זאת? הוצעו עשרות דגמים, אך אף אחד מהם לא התקבל באופן נרחב. (ראה גם פוסט 43 בקישור זה). 10. החלקיק Oh-My-God וקרניים קוסמיות אחרות בעלות אנרגיה גבוהה במיוחד: אילו תהליכים פיזיים יוצרים קרניים קוסמיות שהאנרגיה שלהן גבוה לאין שיעור? מהו טבעו של חלקיק ה- OMG? חלקיק Oh-My-God או חלקיק OMG (באנגלית: Oh-My-God particle) הוא כינוי לתצפית בחלקיק קרינה קוסמית בעל אנרגיה קינטית עצומה שהתרחשה בשנת 1991. החלקיק שנצפה הוא ככל הנראה פרוטון, שנע במהירות קרובה מאוד למהירות האור. מהירותו מוערכת בכ-99.99999999999999999999951% ממהירות האור‎. החלקיק נצפה ב - 15 באוקטובר 1991, במצפה ביוטה בארצות הברית. הוא נצפה לפרק זמן קצר נע במהירות האמורה. אם החלקיק וקרן האור "יתחרו" במשך שנה, קרן האור תקדים את החלקיק רק ב - 47 מיליארדיות המטר, לפי מערכת הייחוס של כדור הארץ. החלקיק נקרא כך, מכיוון שהאנרגיה שלו גבוהה פי 23 מיליון מכל חלקיק שהואץ במאיץ חלקיקים. התופעה הקוסמית האחראית ליצירת חלקיק זה, אינה ידועה ואין כרגע הסבר ליצירת חלקיק אנרגטי זה. מאז התצפית הראשונה, דווחו עוד כ - 15 מקרים של צפייה בחלקיק קרינה קוסמית בעל אנרגיה דומה לזו, ובממוצע חלקיקים אלו נצפים כיום אחת לשנה. על אף שמדובר בחלקיק תת-אטומי, ככל הנראה פרוטון, מהירותו העצומה מקנה לו אנרגיה קינטית (יחסותית) בסדר גודל של עצמים יומיומיים – כ - 50 ג'אול. לשם השוואה, לכדור טניס שמשקלו כ - 60 גרם ונע במהירות של 45 מטר לשנייה, כלומר כ - 160 קילומטר לשעה, יש אנרגיה קינטית דומה. המאמר הבא מספר 60- המשך
  14. מאמר 58 – גרעיני גלקסיות וקוואזרים כתב עמי אור במאמר / פוסט 54 כתבתי על סוגי הגלקסיות הקיימות. כפי שמסתבר, לרובן של הגלקסיות, יש גרעין פעיל – חור שחור על מסיבי שמסתו גדולה מאוד. גרעין גלקסיה בה יש פעילות אנרגטית, נקרא "גרעין גלקטי פעיל". גרעין גלקטי פעיל - Active galactic nucleus בראשי תיבות – AGN, הוא אזור קטן במרכז של גלקסיה, שמהווה מקור לפליטה חזקה של אנרגיה שלא ניתן לשייך אותה לקרינה רגילה של כוכבים. עוצמת הקרינה משתנה מגלקסיה אחת לשנייה, אך באופייה היא דומה לקרינה הנצפית בקווזארים (עליהם בהמשך). קיים רצף ברור של עוצמת קרינה מגלקסיות הפעילות בעוצמה חלשה ועד לעוצמות הנצפות בקוואזרים רחוקים, ולכן מניחים שהקווזרים הם ליבות של גלקסיות פעילות. חור שחור על מסיבי במרכז הגלקסיה, הוא בעל מסה שיכולה להיות ממאות אלפים ועד מיליארדים מסות שמש. ברור היום כי גודלו של החור השחור בליבת הגלקסיה, ישפיע על האנרגטיות של הפליטה מליבתה. (על חורים שחורים - ראה המאמרים / פוסטים 64 עד 71 שיפורסמו בהמשך). סביב ליבת הגלקסיה, יש ענני גז, אבק, וכוכבים הנתונים להשפעת הכבידה של החור השחור וכתוצאה "נשאבים" לתוך אופק האירועים, בצורה של דסקת ספיחה. הדסקה סובבת סביב אופק האירועים של החור השחור וכתוצאה מחיכוך בין החלקיקים בה, הטמפרטורה בה עולה לטמפרטורות מאוד גבוהות שגורמות לפליטה של קרינה באורכי גל שונים. המודל המקובל על רוב החוקרים כיום להסברת מקור הקרינה של גרעין גלקטי פעיל, הוא מודל המבוסס על חור שחור על-מסיבי. ההבדל בעוצמת הקרינה בין גלקסיה אחת לשנייה מוסבר בגודלו של החור השחור, כמות החומר סביבו, ופרמטרים נוספים. ככל שמשתכללות טכניקות התצפית מגלים פעילות גם בגלקסיות שנחשבו "שקטות", וכיום נחשבות רוב הגלקסיות הספירליות לגלקסיות פעילות ברמה כזו או אחרת. נצפו גם גלקסיות אליפטיות פעילות, אם כי בדרך כלל הן פולטות בעיקר קרינת רדיו. בין הגלקסיות הפעילות שנתגלו לראשונה היו NGC 1068 ו-NGC 4151, שהן קרובות יחסית לשביל החלב והפעילות במרכזן חזקה. גלקסיית סייפרט - Seyfert Galaxy על שם האסטרונום קארל סייפרט, היא גלקסיה בעלת גרעין פעיל, שבדומה לקוואזר, הוא בהיר מאוד והקרינה שלו מכילה ספקטרום פליטה המעיד על יינון של החומר שבו. ההבדל בין גלקסיית סייפרט ובין קוואזר הוא שבקוואזר לא ניתן להבחין בגלקסיה המקיפה את הגרעין הפעיל, וזאת בגלל עוצמת הקרינה הנפלטת ממנו, המסתירה את שאר הגלקסיה, בגלל עוצמתה. במילים אחרות, עוצמת פליטת האנרגיה של גלקסיות סייפרט קטנה לעומת קוואזרים. כבר בשנת 1908 הראו תצפיות שנעשו במצפה הכוכבים ליק, שהקרינה הנפלטת ממרכז הגלקסיה 77M, מכילה קווי פליטה רחבים במיוחד שמראים על גז מיונן שנע במהירויות גבוהות מאוד, שמגיעות למאות קילומטרים בשנייה. בשנת 1943 , פרסם קארל סייפרט מאמר, שבו הראה שהשילוב של גרעין גלקטי בהיר עם פסי פליטה רחבים, קיים גם בגלקסיות נוספות ובעקבותיו התקבל השם לגלקסיות אלו - גלקסיית סייפרט. בשנת 1955 התגלה ש M77 ו NGC 1275 - הן גם מקורות חזקים של גלי רדיו. ב 1959 - טען האסטרונום ההולנדי לודוויק וולטייר, שלפי התצפיות גודל הגרעין לא יכול להיות גדול מ - 100 פארסק (1 פארסק = ל 3.26 שנות אור) כלומר, כ – 326 שנות אור שבמונחים של גודל הגלקסיות האופייניות, הוא חלק קטן מהגלקסיה. פסי הפליטה הרחבים מראים על מהירויות שמגיעות ליותר מ - 1,000 קילומטר בשנייה ומכיוון שכאחוז אחד מהגלקסיות שנצפו אז, הן גלקסיות סייפרט, אז המצב הזה נמשך לפחות אחוז מאורך חיי הגלקסיות, כלומר לפחות 100 מיליון שנים. וולטייר טען שהדרך היחידה שבה יכול חומר לנוע בתחום קטן כל כך, במהירות גבוהה כל כך ובלי שהגרעין יתפרק במשך כל כך הרבה זמן, היא שקיים בגרעין גוף על-מסיבי שמחזיק את החומר כבידתית וגוף זה חייב להיות עם מסה של מאות מיליוני מסות שמש. בהמשך התגלו חורים שחורים על מסיביים בליבות הגלקסיות מה שעונה כמובן להגדרתו של וולטייר. עם השיפור באמצעי התצפית התברר שהרבה גלקסיות שלא סווגו כגלקסיות סייפרט, מכילות גרעין פעיל ויוצרות ספקטרום פליטה אופייני לגלקסיות אלו. היום מקובל להניח שלמעשה הן מהוות לפחות 5 אחוזים מהגלקסיות וככל הנראה למעלה מ - 10 אחוזים מהן. גלקסיות סייפרט הן ברובן גלקסיות מוט ספירלית ומיעוטן הן גלקסיות אליפטיות. לכולן יש גרעין פעיל שמקובל להניח שהוא מכיל בתוכו חור שחור על-מסיבי. הגרעין של גלקסיות סייפרט פולט קרינה באור נראה שעוצמתה שקולה לעוצמת ההארה של כלל כוכבי הגלקסיה ומגיעה לעוצמות הארה של פי 11^10 מעוצמת ההארה של השמש. כ - 5 אחוזים מגלקסיות סייפרט הן גם גלקסיות רדיו שמתאפיינות בפליטה חזקה של גלי רדיו. פסי הפליטה הבולטים בקרינה הנפלטת מגרעין הגלקסיה, מראים על נוכחות של מימן, הליום, חמצן וחנקן ואפקט דופלר, מראה מהירויות שנעות מ - 500 קילומטר בשנייה ועד ל - 4,000 קילומטר בשנייה. התאוריה המקובלת היא שהחור השחור שבמרכז הגלקסיה מושך אליו חומר ויוצר סביבו דסקת ספיחה. בשל כוח המשיכה העצום, החומר בדסקה נע במהירות רבה והדחיסה וההתנגשויות שבתוכה מחממות את החומר לטמפרטורות שמגיעות לעשרות אלפי מעלות וגורמות ליינון של החומר ולפליטת הקרינה. קוואזר Quasar - נקרא גם גוף מעין כוכבי Quasi-Stellar Object - הוא גרם שמים אנרגטי במידה יוצאת דופן - בין האנרגטיים ביותר הקיימים ביקום. ההשערה המקובלת היא שקוואזרים נמצאים בליבן של גלקסיות צעירות שבמרכזן חור שחור גדול במיוחד – בעל מסה של מיליארדי שמשות, להבדיל מגודלו של חור שחור בליבת רוב הגלקסיות, שמסתו בין עשרות אלפי לעשרות מיליוני מסות שמש. הסברה המקובלת היא שסביב החור השחור יש מסה גדולה של כוכבי ענק, גז ואבק. מסה זו נדחסת ומצטופפת בנפילה לתוך החור השחור, וכתוצאה מהחיכוך נוצרת בדסקה טמפרטורות קיצוניות ונפלטת קרינה בכמויות גדולות במיוחד. מאחר שלאחר פרק זמן שאורכו כמיליארד שנים, כמעט כל המסה הצפופה כבר נבלעה בחור השחור, כמות האנרגיה הנפלטת תקטן והקוואזר יפסיק להאיר. מדובר בתהליך שראשיתו בקוואזר שרמת הקרינה שלו הולכת ופוחתת באורח מתון, עד לרמת גלקסיה בעלת ליבה פעילה, ובהמשך לרמת קרינה של ליבת גלקסיה מן השורה. במילים אחרות, קוואזרים הם תופעות של היקום המוקדם. הקוואזרים הראשונים 3C 48 ו- 3C 273 התגלו בשנות ה - 60 של המאה ה -20 הודות לתצפיות בטלסקופי-רדיו, ואף שמם נובע כאמור, מהכינוי "מקור רדיו מעין כוכבי". הייחוד של גרמי שמיים אלה הוא בכך, שהם אומנם בערך בגודל של מערכת השמש, אך עוצמת האנרגיה שהם פולטים גדולה מכל כוכבי גלקסיית שביל החלב יחדיו. מאפיין נוסף של הקוואזרים הוא ריחוקם הרב, ואי לכך הם מהגופים הקדומים ביותר ביקום הנצפה, ובעזרת הבנת אופן פעולתם ניתן לקבל תמונה על השלב הראשוני של היווצרות היקום. הקוואזר הקרוב ביותר לצופה מכדור הארץ הוא במרחק של למעלה ממיליארד שנות אור. בצפייה בקוואזרים הרחוקים ביותר, ניתן לראות קוואזר כפי שהיה, כמיליארד שנים אחרי המפץ הגדול. מחקרים מתקדמים, מנסים לאפיין את הגאומטריה של קוואזרים בודדים ושל כלל האוכלוסייה, בעזרת מדידת מהירויות סיבוב של ענני הגז סביב המקור המרכזי (תוך שימוש באפקט דופלר הנצפה בקווי הפליטה בספקטרום ומדידת הפרשי הזמנים שבין שינויי העוצמה בקרינת דיסקת הספיחה). בשיטות אלו ניתן, עקרונית, גם להעריך את מסת החור השחור. מקובל להניח כי במרכזן של מרבית הגלקסיות ביקום ישנו חור שחור וכי בתקופות מסוימות הוא הופך ל"פעיל", כלומר מתחיל לספוח גז ולקרון כקוואזר. כמו כן, נמצא קשר תצפיתי ברור, בין בהירות הקוואזר לקצב יצירת כוכבים באזורים המרכזיים של הגלקסיה, ואף להתפלגות המהירויות של הכוכבים במרכז הגלקסיה (עקב המסה העצומה של החור השחור). מודלים וסימולציות ממוחשבים מצליחים באחרונה לשחזר את הקשרים הללו, תוך שמתבררת והולכת החשיבות העצומה שיש לפיזיקת הקוואזרים ביצירתן והתפתחותן של הגלקסיות. בלאזר Blazar - הוא קוואזר בלבה של גלקסיה אליפטית שפניה מופנות אל כדור הארץ, כך שסילון הקרינה שנפלט מקטבי הקוואזר, מכוון ישירות אל כדור הארץ. בלאזרים הם בין התופעות האנרגטיות ביותר שנצפו ביקום ותחום חשוב באסטרונומיה. בלאזרים הם חלק מקבוצה גדולה של גלקסיות אקטיביות המארחות גרעין גלקטי פעיל. הבלאזר מקיים שילוב תכונות בין קוואזר ויש שני סוגים עיקריים: בלאזר "עם משתנים אלימים אופטי" (OVV), ואובייקטי BL Lac (ראה להלן). המונח "בלאזר" נטבע לראשונה בשנת 1978 על ידי האסטרונום אדוארד שפיגל, על מנת לאגד את שני העצמים הללו. בלאזרים פולטים סילון במהירות גבוהות מאוד קרוב למהירות האור (מהירות יחסית) אשר כיוונו בכיוון הכללי של כדור הארץ. הדעה הרווחת גורסת כי קוואזריי OVV הם גלקסיות רדיו חזקות, ולעומתם אובייקטיי BL Lac הם גלקסיות רדיו חלשות. בשני המקרים, הגלקסיות המארחות הן גלקסיות אליפטיות גדולות. האנרגיה של בלאזרים, כמו כל גרעין גלקטי פעיל, היא מעצמים הקורסים אל עבר מרכזם (חור שחור על-מסיבי). גז, אבק כוכבי, ואף כוכבים עצמם עלולים להיתפס בחור השחור המרכזי וליצור דסקת ספיחה חמה הפולטת כמויות אדירות של אנרגיה בצורת פוטונים, אלקטרונים, פוזיטרונים ועוד חלקיקי יסוד. אזור זה יחסית קטן, 10−3 פארסק בקירוב. בנוסף, קיים טורואיד אטום המתפרש על פני כמה וכמה פארסקים ממרכז החור השחור, המכיל גז חם בו קיימים אזורים בעלי צפיפות גבוהה יחסית. אזורים אלו, או "עננים", מסוגלים לספוג ואז לפלוט אנרגיה מאזורים הקרובים יותר לחור השחור. על פני כדו"א "עננים" אלו מתגלים כהרחבות ספקטרליות בספקטרום הבלאזר. בניצב לדיסקת הספיחה, זוג סילונים יחסותיים נושא פלזמה אנרגטית הרחק מהAGN . הסילון הוא תוצר של שילוב בין שדות מגנטיים עוצמתיים לבין דחף חזק מדסקת הספיחה והטורואיד. בתוך הסילון, חלקיקים בעלי אנרגיה גבוהה (ביניהם פוטונים) מתנגשים זה בזה כתוצאה מהשדות המגנטיים. סילונים יחסותיים אלו עלולים להגיע לגדלים של עשרות קילו-פארסקים ממרכז החור השחור. אזורים אלו מסוגלים להפיק מגוון של אנרגיות נצפות, בעיקר בצורות הנעות בין גלי רדיו בתדירויות נמוכות לקרינת גמא עוצמתית, בחלק מהתדירויות. הספקטרום הנפלט מכיל קרינה סינכרוטרונית (קרינה אלקטרומגנטית הנוצרת כאשר חלקיקים טעונים מואצים רדיאלית) בתחום הרדיו ועד לקרינת רנטגן. הפליטה הנצפית מהבלאזר מושפעת רבות מאפקטים יחסותיים בסילון, תהליך שנקרא פליטה\הקרנה יחסותית. מהירות הפלזמה המרכיבה את הסילון מגיעה לטווחים של 95%–99% ממהירות האור. מהירות זו אינה המהירות הממוצעת של אלקטרון או פרוטון בסילון. החלקיקים עצמם נעים בכיוונים שונים וכתוצאה מכך טווח המהירויות הנ"ל. הקשר בין עוצמת ההארה (יחס בין האנרגיה הנפלטת ליחידת זמן) מהסילון לזו הנצפית על כדו"א תלויה בתכונות הסילון ובזווית שלו כלפי קו הראיה מהארץ. אלה כוללים האם ההארה נובעת מהלם קדמי בסילון, וכמו כן באינטראקציה שבין השדות המגנטיים בסילון לחלקיקים הנעים בו. זווית הסילון כלפי הארץ מהותית לעוצמת ההארה של הבלאזר. למשל, בזווית של 5° לקו הראייה ומהירות של 99.9% ממהירות האור, על כדו"א עוצמת ההארה הנצפית גדולה פי 70 מזאת הנפלטת בסילון. לעומת זאת, אם הזווית תהיה 0° הסילון יראה בהיר פי 600 על פני כדו"א. עצם BL Lacertae או BL Lac הוא סוג של גרעין גלקטי פעיל (AGN) או גלקסיה עם AGN כזה, הנקראת על שם אב הטיפוס שלה, BL Lacertae. בניגוד לסוגים אחרים של גרעינים גלקטיים פעילים, BL Lacs מאופיינים בשונות שטף מהירה וגדולה ובקיטוב אופטי משמעותי. במילים אחרות, הגרעין הגלקטי משתנה בעוצמת ההארה שלו. בגלל תכונות אלו, אב הטיפוס של המחלקה (BL Lac) נחשב במקור לכוכב משתנה ולא לגרעין גלקטי. בהשוואה לגרעינים הפעילים המאירים יותר (קוואזרים) עם קווי פליטה חזקים, לאובייקטים של BL Lac יש ספקטרום שנשלט על ידי רצף פליטה לא-תרמית ולא במהירות יחסותית על כל הטווח האלקטרומגנטי. חוסר זה בקווים ספקטרליים הפריע היסטורית לזיהוי הטבע והמרחק של עצמים אלה. לגרעינים גלקטיים פעילים ברעש רדיו, עצמי BL Lacs דומים באופיים לבלאזרים ולכן נחשבים לתת סוג של בלאזר. האנרגיה הנצפית נובעת מההשפעות של הסילון היחסותי המיושר באופן הדוק לקו הראייה של הצופה. BL Lacs נחשבים זהים באופן מהותי לגלקסיות רדיו בעלות הספק נמוך. נראה כי הגרעינים הפעילים הללו נמצאים בגלקסיות אליפטיות מסיביות. . כל ה-BL Lacs הידועים קשורים למקורות רדיו מהליבה. קטגוריית הבלאזאר כוללת את כל הקוואזרים המכוונים עם הסילון היחסותי המכוון אל הצופה. באופן כללי המינוח BL Lacs וכן קוואזרים עם משתנים אלימים אופטי (OVV), משמשים לעתים קרובות לסירוגין לתיאור קוואזרים. קוואזרים OVV הם בדרך כלל זוהרים יותר ויש להם קווי פליטה חזקים יותר מאשר עצמי BL Lac.
  15. מאמר מספר 57 – המשבר בקוסמולוגיה - המשך מאת עמי אור עובד על פי מאמר בסיינטיפיק אמריקן המאמר חולק לשני חלקים. בחלק הראשון (מאמר 56) מידע רקע והסבר מונחים שהבנתם תאפשר להבין את המשבר בקוסמולוגיה המתואר במאמר זה. במאמרים קודמים סקרתי מהי האנרגיה האפלה, איך מודדים מרחקים קוסמיים, מהי הסחה לאדום ומהי קרינת הרקע הקוסמית. בסוף שנות התשעים במאה הקודמת, נפל דבר בקוסמולוגיה. על פי מדידת עוצמת ההארה של סופרנובות מסוג A1 נמצא כי היקום מאיץ את התפשטותו מה שהוביל לגילוי האנרגיה האפלה. אם כך האם הבעיה קיימת במודל או בשיטות המדידה שלנו? אם הבעיה היא בשיטות המדידה שלנו – המשמעות היא כי עלינו לחפש אמצעי מדידה אחר למרחקים קוסמולוגים ועל פיו לאשש או להפריך את התאוריות הקיימות. אם הבעיה היא במודל – המשמעות היא שכל הקוסמולוגיה והאסטרופיזיקה, נמצאות בסכנה וכי אולי תיאוריות שעד היום חשבנו שהן נכונות צריכות להיבדק מחדש. ועכשיו להסבר למה קיים משבר בקוסמולוגיה: בשנים האחרונות צצה אי-התאמה בין שתי דרכים למדידת קצב התפשטות היקום, גודל הקרוי "קבוע האבל" (H0). מדידות שהחלו ביקום בן זמננו ונעו אחורה לשלבים יותר ויותר מוקדמים, הראו באופן עקבי ערך אחד עבור הקבוע. אולם מדידות שמתחילות בשלבים הראשוניים של היקום (הקרינה הקוסמית) ונעות מהם קדימה מתעקשות לחזות ערך אחר – שמעיד שהיקום מתפשט מהר מכפי שחשבנו. מבחינה מתמטית מדובר בסטייה קלה, אבל – כמו שקורה לעיתים קרובות כשמנפחים סטיות מתמטיות קלות לקנה המידה הגדול של היקום – היא משמעותית מבחינה קוסמית. ידיעת קצב ההתפשטות הנוכחי של היקום מסייעת לקוסמולוגים להסיק במבט לאחור בזמן, מהו גילו של היקום. היא גם מאפשרת להם להתבונן קדימה בזמן כדי להסיק מתי, על פי התיאוריה הנוכחית, החלל הבין-גלקטי יהיה עצום עד כדי כך שמעבר לסביבתנו הקרובה ביותר הקוסמוס ייראה שומם לחלוטין. ידיעת הערך המדויק של קבוע האבל תוכל אפילו לשפוך אור על טבעה של האנרגיה האפלה המניעה את ההאצה הזו. נכון להיום, מדידות היקום המוקדם במבט קדימה חוזות ערך אחד עבור קבוע האבל, והמדידות לאחור מהיקום בן זמננו, מגלות ערך אחר. זוהי המהות של המשבר. מצב כזה אינו נדיר במדע. בדרך כלל הוא נעלם אחרי מדידה מדוקדקת יותר – וההנחה שהוא ייעלם, שיככה את חששות הקוסמולוגים בעשר השנים האחרונות. אבל לא זו בלבד שהאי-התאמה הזו לא נעלמה, אפשר לומר שהיא אפילו החמירה עם השנים, כשכל אחת מקבוצות המדידות, הופכת לעיקשת יותר. כעת כולם כבר מסכימים שיש כאן בעיה. איש אינו טוען שהמודל הקוסמולוגי הסטנדרטי שגוי מיסודו. אבל משהו שגוי – אולי משהו בתצפיות או בפרשנות שלהן, או בצורת המדידה, אם כי אף אחד מהתרחישים האלו איננו סביר. המצב הזה משאיר אותנו עם אפשרות אחת אחרונה – לא סבירה באותה מידה, אבל פחות ופחות מופרכת: יש פגם כלשהו במודל הקוסמולוגי עצמו. בשנת 1925 הצעיד האסטרונום האמריקאי אדווין האבל, את התחום צעד ענק להפיכת הקוסמולוגיה למדע ניסויי, כשהכריז כי פתר תעלומה בת מאות שנים בנוגע לזהותם של כתמים בשמים – שהאסטרונומים כינו "ערפיליות". האם הערפיליות הן תצורות גזיות השוכנות בתוך הגלקסיה שלנו? אם כן, אז אולי חופת הכוכבים הזאת, הנפרשת הרחק לכל עבר עד למרחק הגדול ביותר שהטלסקופים החזקים ביותר של הימים ההם, יכלו לראות, הייתה היקום כולו. או שמא הערפיליות האלו הן "איי יקומים", כפי שגלקסיות כונו אז, עצמאיים? האבל גילה שלפחות ערפילית אחת מתאימה לאפשרות השנייה: הגוף השמיימי שאנו קוראים לו כיום גלקסיית אנדרומדה. יתר על כן, כשהאבל התבונן באור המגיע מערפיליות אחרות, הוא גילה שאורכי הגל שלהן נמתחים לעבר הקצה האדום של הספקטרום הנראה, מה שהעיד שכל אחד ואחד מהם מתרחקת בהתמדה מכדור הארץ. (מהירות האור נשארת קבועה. מה שמשתנה זה המרחק בין שיאי הגל, והאורך הזה קובע את הצבע). בשנת 1927, הפיזיקאי והכומר הבלגי, ז'ורז' למטר, (Lemaître) זיהה דפוס: ככל שהגלקסיה רחוקה יותר, כך גדלה ההסטה שלה לאדום. ככל שהיא רחוקה יותר, כך היא נסוגה מהר יותר. בשנת 1929 הגיע האבל בכוחות עצמו לאותה מסקנה: היקום מתפשט. המצב השתנה ב - 1965, כששני מאמרים פורסמו במקביל בכתב העת Astrophysical Journal. המאמר הראשון, שחיברו ארבעה פיזיקאים מאוניברסיטת פרינסטון, חזה את הטמפרטורה הנוכחית של יקום שהגיח מתוך כדור אש בראשיתי. המאמר השני, מאת שני אסטרונומים ממעבדות בל, דיווח על המדידות של הטמפרטורה הזו. אנטנת הרדיו של מעבדות בל קלטה רעש בדומה לרעש שמשמיע מקלט טלוויזיה שאינו מכוון לתחנה, כלומר קרינה שמגיעה מכל כיוון בשמים. כל מאמצי המדענים (וילסון ופנזיאס) לנקות את האנטנות (הם אפילו חשבו שחריוני היונים גורמים להופעת רעש) או לעשות כל מעשה אחר, לא שינתה את המצב, הרעש, שאח"כ הסתבר כי הוא קרינת הרקע הקוסמית, המשיך להיקלט באנטנה – ונודע בהמשך בתור קרינת הרקע הקוסמית בגלי מיקרו (CMB). הטמפרטורה שהמדענים גזרו ממנה, כ - 3 מעלות מעל האפס המוחלט, לא התאימה בדיוק לתחזית של שותפיהם מפרינסטון שהוזכרו למעלה, אולם בהתחשב בזה שזו הייתה רק מדידה ראשונה, הקירבה בין הנתונים הספיקה כדי ליצור קונצנזוס סביב פרשנות המפץ הגדול - כאחד מהאישושים לתיאוריה זו. בשנת 1970 פרסם אלן ר' סאנדג' (Sandage), בן-חסותו לשעבר של האבל, מאמר רב-השפעה בכתב העת Physics Today, שגיבש בפועל את תוכנית המחקר של המדע החדש הזה, בעשרות השנים הבאות: "קוסמולוגיה: חיפוש אחרי שני מספרים". מספר אחד, אמר סאנדג', היה הקצב הנוכחי של התפשטות היקום – קבוע האבל. המספר השני היה הקצב שבו ההתפשטות מאיטה – פרמטר התאוטה. הערך הראשון שהמדענים הגיעו להסכמה לגביו, היה ערכו של המספר השני. בשלהי שנות ה - 90 התגייסו שתי קבוצות של מדענים, בנפרד זו מזו, לנסות למדוד את התאוטה על סמך הנחה פשוטה וכלי פשוט. ההנחה הייתה שביקום מתפשט שהחומר בתוכו מקיים אינטראקציות כבידתיות עם כל שאר החומר – כל דבר מושך את כל שאר הדברים, כך שההתפשטות חייבת להאט. הכלי היה סופרנובות מסוג Ia, כוכבים מתפוצצים שהאסטרונומים קיוו להשתמש בהם בתור "נרות תקניים" – כלומר מקורות אור שיהיו זהים תמיד, כך שיהיה אפשר להסיק את מרחקם היחסי על פי הבהירות שלהם. האסטרונומים הניחו שאם ההתפשטות מאיטה, אזי במרחק עצום כלשהו מכדור הארץ הסופרנובה תהיה קרובה יותר, ולפיכך בהירה יותר, ממה שהיה אילו היקום היה גדל בקצב קבוע. אולם שתי הקבוצות גילו, באופן בלתי תלוי, שהסופרנובות הרחוקות ביותר היו עמומות יותר מהצפוי ולכן רחוקות יותר. בשנת 1998 הן הכריזו את מסקנתן: התפשטות היקום אינה מאיטה. היא מאיצה. הסיבה לתאוצה הזאת תכונה בהמשך "אנרגיה אפלה" – שם שיש להשתמש בו לעת עתה עד שמישהו או מישהי יגלו מה היא באמת. ערכו של המספר הראשון של סאנדג' – קבוע האבל – התקבל זמן קצר לאחר מכן. במשך עשרות שנים היה המספר הזה שנוי במחלוקת בקרב אסטרונומים. סאנדג' עצמו טען ש-H0 צריך להיות בסביבות 50 (קצב ההתפשטות מבוטא ביחידות של קילומטרים לשנייה ל-3.26 מיליון שנות אור), ערך שממנו נובע שגיל היקום הוא כ - 20 מיליארד שנה. אסטרונומים אחרים נטו יותר לכיוון H0 שקרוב ל - 100, המתאים לגיל של כעשרה מיליארדי שנים. אי ההתאמה הייתה מביכה: אפילו מדע שנמצא בחיתוליו אמור להיות מסוגל לצמצם את ערכו של מספר יסודי לטווח הנמוך מפי שניים. מבט מהיקום המוקדם בשנים האחרונות התחילו חוקרים להשתמש גם בגישה הנגדית, כלומר בקרינת הרקע הקוסמית. הם מתחילים בנקודה רחוקה ככל האפשר ונעים קדימה אל ההווה. נקודת הגבול – הפרגוד המפריד בין מה שאנחנו יכולים לראות לבין מה שאיננו יכולים לראות, בין היקום "המוקדם" ו"המאוחר" – היא אותה קרינת רקע בגלי מיקרו שזיהו האסטרונומים רוברט וילסון (Wilson) וארנו פנזיאס (Penzias) שהשתמשו באנטנות של מעבדות בל בשנות ה - 60, כמוזכר. אפשר למדוד את קבוע האבל גם בעזרת קרינת הרקע הקוסמית שממלאת את כל השמיים. הקרינה הזאת היא עקבות האור שהותיר המפץ הגדול, בשלב שבו היקום היה מרחב של פלזמה דחוסה ומבעבעת וגילו לא עלה על 380 אלף שנה. הקרינה שהדהדה דרך הפלזמה הזאת יצרה בחומר אזורים דחוסים יותר ודחוסים פחות, שהותירו בקרינת הרקע עקבות בצורת הבדלים דקים בטמפרטורה. חקירת הגודל של השינויים האלו ותכונות אחרות שלהם מאפשרת לקוסמולוגים להשתמש בהם בתור "סרגל תקני" – אמת מידה למיפוי גדילת היקום והתפתחותו לאחר מכן. מהמחקרים הללו אפשר, לאחר מכן, לאמוד את קבוע האבל. קרינת הרקע היא קרינה קדמונית שנותרה מהתקופה שבה היקום הצעיר, שהיה אז בן 380 אלף שנה בלבד, התקרר מספיק כדי לאפשר לאטומי מימן להיווצר, לפזר את הערפל הסמיך של פרוטונים ואלקטרונים חופשיים ולפנות ביקום די מקום לתנועת פוטוני אור. אומנם התמונה הראשונה של קרינת הרקע שהפיקו מעבדות בל תיארה מרחב חלק ואחיד, אבל התיאורטיקנים שיערו שאם יגדילו את ההפרדה (רזולוציה), קרינת הרקע תחשוף הבדלים קטנים בטמפרטורה שמייצגים את זרעי הצפיפות שיתפתחו בסופו של דבר למבנה היקום שאנחנו מכירים כיום – מבנה רשת העכביש של גלקסיות, צבירי גלקסיות וצבירי-על של גלקסיות. בשנת 1992, גשושית החלל הראשונה למדידת קרינת הרקע, הלוויין קובי (Cosmic Background Explorer), גילתה את ההבדלים המכוננים האלו; בשנת 2003 סיפקה גשושית חלל אחרת – גשושית אַנְאִיזוטרופְּיָת קרינת המיקרו ע"ש וילקינסון (WMAP) הפרדה הרבה יותר גבוהה – ברמה שאפשרה לפיזיקאים לזהות את ההפרשים המזעריים האלה. כמצופה מגלי הלם ביקום המוקדם שנעו במהירות קרובה למהירות האור במשך 380 אלף שנה, ל"נקודות" בקרינת הרקע יש רדיוס משותף שאורכו כ - 380 אלף שנות אור. ומאחר שהנקודות הללו גדלו והפכו ליקום שאנו חוקרים כיום, קוסמולוגים יכולים להשתמש בגודל ההתחלתי הזה בתור "סרגל תקני" שיסייע להם למדוד את היקף הגידול וההתפשטות של המבנה בקנה מידה גדול עד ימינו. המדידות האלו חושפות בתורן את קצב ההתפשטות – קבוע האבל. המדידה הראשונה של קבוע האבל מ-WMAP עמדה על 72±5 קילומטר לשנייה למגה פארסק. מושלם. המספר הזה התאים בדיוק לממצאי טלסקופ האבל, עם בונוס – צמצום טווח השגיאה. הממצאים שסיפק WMAP בהמשך היו קצת יותר נמוכים: 73 בשנת 2007, 72 בשנת 2009, 70 בשנת 2011. אבל זה בסדר: טווחי השגיאה של המדידות של SH0ES (ראה להלן) ושל WMAP עדיין חפפו בתחום שבין 72 ו-73. אבל ב-2013 שני שולי השגיאה כבר כמעט שלא חפפו. הממצא המעודכן ביותר של SH0ES הראה אז שקבוע האבל הוא 74±2, והממצא הסופי של WMAP הראה קבוע האבל של 70±2. ואפילו אז עדיין לא הייתה סיבה לדאוג. שתי השיטות יכלו להסכים על ערך של 72. היה ברור שככל שהטכנולוגיה והמתודולוגיה ישתפרו, כך ממצאי אחת השיטות יתחילו לנטות לכיוון אלה של האחרת – אולי כבר כשיגיעו הנתונים הראשונים מטלסקופ החלל פלנק של סוכנות החלל האירופית, שהחליף את WMAP. המידע החדש הזה הגיע הגיעו בשנת 2014: 67.4±1.4. כבר לא הייתה חפיפה בטווח השגיאה – רחוק מכך. ובהמשך התברר שהנתונים שהגיעו מפלנק בהמשך עקביים לא פחות מאלו של SH0ES. הערך שקבע פלנק לקבוע האבל נשאר 67, וטווח השגיאה הצטמק ל-1, ולאחר מכן, ב-2018, לפחות מ-1 - 67.4 0.5± ק"מ לשנייה למגה פארסק. בשנת 2001 השלים המיזם המרכזי של טלסקופ החלל האבל את המדידה המהימנה הראשונה של קבוע האבל. הנרות התקניים במדידותיו היו משתנים קפאידיים, כלומר כוכבים שמתבהרים ומתעמעמים בדפוס קבוע הנובע מהבהירות המוחלטת שלהם. מסקנתו של המיזם המרכזי הייתה פשרה בין שני הערכים הקודמים: 72±8. את הפרויקט הבא לחיפוש אחר הקבוע בכלים אסטרונומיים בלבד ערך צוות בשם SH0ES (קיצור של "סופרנובות, H0, עבור משוואת המצב של האנרגיה האפלה"), בניהולו של אדם ג' ריס (Riess), שהיה בין הזוכים בפרס נובל בפיזיקה לשנת 2011 לרגל התפקיד שמילא בגילוי האצת ההתפשטות בשנת 1998. הנרות התקניים היו הפעם גם קפאידיים וגם סופרנובות מסוג Ia, שכללו כמה מהסופרנובות הרחוקות ביותר שנצפו אי פעם. הממצא הראשוני, ב-2005, היה 73±4, כמעט זהה לזה של המיזם המרכזי של טלסקופ האבל, אבל עם טווח שגיאה קטן יותר. מאז ועד היום סיפק צוות SH0ES עדכונים סדירים, שנעו כולם סביב אותו ערך עם טווח שגיאה קטן והולך. התוצאה העדכנית ביותר, עומדת על 73.5±1.42. ההפרשים בין המדידות האלה האחת של הקרינה הקוסמית בה קבוע האבל הוא ±0.5 67.4 ק"מ לשנייה למגה פארסק והשני של SH0ES שהוא 73.5±1.42 ק"מ לשנייה למגה פארסק היא המהות של המשבר בקוסמולוגיה. המונח המדעי המקובל לתיאור מצב משברי כזה הוא "מתיחוּת", וזאת אכן הייתה כותרת הכנס שנערך במכון קאוולי לפיזיקה תיאורטית (KITP) בסנטה ברברה שבקליפורניה בקיץ 2019: "מתיחויות בין היקום המוקדם ליקום המאוחר". הדובר הראשון היה ריס, ובסיום הרצאתו הוא פנה לחתן פרס נובל אחר שישב באולם, פיזיקאי החלקיקים דיוויד גרוס שעמד בעבר בראש המכון, ושאל אותו לדעתו: האם יש לנו "מתיחות" או "בעיה"? גרוס הזהיר בתחילה שאבחנות כאלו הן "שרירותיות". ואז אמר, "אבל כן, אני חושב שאתה יכול לקרוא לזה בעיה". עשרים דקות לאחר מכן, בתום פרק השאלות והתשובות, הוא תיקן את הערכתו. בפיזיקת חלקיקים, אמר, "לא היינו קוראים לזה מתיחות או בעיה, אלא משבר". "בסדר", סיכם ריס. "אז חברים, אנחנו במשבר". האפשרות הראשונה היא שמשהו שגוי בחקר היקום המאוחר. חוסנו של "סולם מרחקים" קוסמי שנמתח הלאה והלאה לאורך היקום נגזר מעוצמת שלביו – הנרות התקניים. כמו בכל תצפית מדעית, אין מנוס משגיאות שיטתיות. ריבים כאלה לא משאירים לפיזיקאֵים הרבה ברירה מלבד להסיק ששורש הבעיה הוא אכן האסטרונומים והשגיאות הכרוכות בשיטת סולם המרחקים. אבל הרי גם תצפיות על קרינת הרקע וגם הסרגל הקוסמי מועדים לשגיאות שיטתיות, נכון? עקרונית, כן. אבל רק אסטרונומים מעטים (אם בכלל יש כאלה) סבורים שהבעיה טמונה בתצפיות של פלנק, שלדעת הפיזיקאים הגיעו עד לקצה גבול הדיוק האפשרי במדידת עבור תצפיות חלל של קרינת הרקע. במילים אחרות, ייתכן שלעולם לא נשיג מדידות טובות יותר של קרינת הרקע מאלה של פלנק. "הנתונים מרהיבים", אומר האסטרונום ניקולס סאנטזף (Suntzeff) מאוניברסיטת טקסס, ששיתף פעולה עם פרידמן וגם עם ריס, אבל בהקשרים שאינם נוגעים לקבוע האבל. "וכמו כן, תצפיות בלתי תלויות" בקרינת הרקע – שנעשו בטלסקופ הקוטב הדרומי ובמערך המילימטרי הגדול של אטקאמה (ALMA) – "מראות שאין שום שגיאות". אם המקור למתיחות האבל אינו תצפיות של היקום המאוחר או המוקדם, אזי לא נותרה לקוסמולוגים ברירה אלא לבחון את האפשרות השלישית: "פיזיקה חדשה". הקוסמולוגים החלו אפוא להשתעשע באפשרות המהפכנית – אם כי לא בהכרח מרה – שהמודל הקוסמולוגי הסטנדרטי שונה ממה שחשבו. אחד הגורמים האפשריים שעשוי להשפיע על הבנתנו את גידול היקום הוא ספק בנוגע לאוכלוסיית החלקיקים ביקום. רוב המדענים החיים כיום מבוגרים מספיק כדי לזכור מקרה אחר שבו התצפית סטתה מהתיאוריה: "בעיית חלקיקי הניטרינו מהשמש", ויכוח שנמשך עשרות שנים בנוגע לחלקיקי ניטרינו-אלקטרון המגיעים מהשמש. התיאורטיקנים חזו כמות מסויימת; גלאֵי ניטרינו מצאו כמות אחרת. הפיזיקאים חשדו שיש שגיאות שיטתיות בתצפיות. האסטרונומים פקפקו בשלמות התיאוריה. כמו במקרה של מתיחות קבוע האבל, אף צד לא סטה מעמדתו כמלוא הנימה – עד סוף המילניום, אך אז הופתעו חוקרים לגלות שלחלקיקי ניטרינו יש מסה; התיאורטיקאים תיקנו את המודל הסטנדרטי של פיזיקת החלקיקים בהתאם לתגלית. תיקון דומה כעת – למשל סוג חדש של ניטרינו ביקום המוקדם – עשוי לשנות את התפלגות המסה והאנרגיה בדיוק במידה הדרושה כדי להסביר את הפערים במדידה. הסבר אפשרי אחר הוא שהשפעת האנרגיה האפלה משתנה עם הזמן – חלופה מתקבלת על הדעת, בהתחשב בכך שהקוסמולוגים אינם יודעים איך האנרגיה האפלה פועלת, ואפילו לא מה היא בכלל. "נחוץ תיקון קטן במקום כלשהו כדי שהמספרים יתאזנו", אומר סאנטזף. "זוהי פיזיקה חדשה, וזה מה שמרגש את הקוסמולוגים – סדק בחומה של המודל הסטנדרטי, משהו חדש שאפשר להתקדם אתו". כולם יודעים מה הצעד הבא שלהם. התצפיתנים ממתינים לנתונים מ"גאיה", מצפה של סוכנות החלל האירופית שמבטיח לספק לנו בזמן הקרוב מדידות מדויקות באופן חסר תקדים של המרחקים אל יותר ממיליארד כוכבים בגלקסיה שלנו. אם המדידות האלו לא יתאימו לערכים שהאסטרונומים השתמשו בהם לשלב הראשון בסולם המרחקים, אולי יתברר שבכל זאת הבעיה היו שגיאות שיטתיות. במקביל, תיאורטיקנים ימשיכו להציע פרשניות חלופיות של היקום. אולם עד כה הם לא מצאו פרשנות שעומדת בבחינה מדוקדקת של הקהילה המדעית. שם, כחומה בצורה החוסמת כל פריצת דרך, תישאר לעת עתה אותה מתיחות – או בעיה, או משבר: ביקום בלתי מדעי למחצה שבו חיים בכפיפה אחת קבוע האבל חזוי של 67 לעומת קבוע נצפה של 74. המודל הקוסמולוגי הסטנדרטי היה ונותר אחת מפסגות ההישגים של המדע בדורנו. במשך יובל שנים הקוסמולוגיה הבשילה, מהשערה גרידא עד (כמעט) ודאות. ייתכן שהיא פחות שלמה מכפי שחשבו הקוסמולוגים אפילו לפני שנה, אולם היא נשארת אות ומופת לאופן שבו המדע פועל כשהוא במיטבו: הוא מעלה שאלות, הוא מספק תשובות, והוא מפנה את מבטנו אל המסתורין. פתרון אפשרי אחר למשבר הוא למצוא שיטת מדידה אחרת למרחקים קוסמיים הועלה רעיון של שימוש בגלי כבידה הנפלטים מהתנגשויות של שני כוכבי ניטרונים או של שני חורים שחורים. לגלי כבידה אלה היתרון שהם נושאים איתם מידע על המרחק וגם על הזמן ולכן ניתן להשתמש בהם לחישוב הקבוע של האבל. הבעיה כרגע היא כי המכשירים שלנו לגילוי גלי כבידה אינם רגישים מספיק. גלאי LIGO מושבת כרגע בכלל. אז מה הפתרון?
×
×
  • צור חדש...

Important Information