המזללה שבקצה היקום

בפאתי היקום קיימים חורים שחורים ענקיים, שמאסתם פי מיליארד ממאסת השמש שלנו. גרמי השמיים האלה, הקרויים "קואזרים", סופחים ללא הרף כמויות עצומות של גז בין-כוכבי. הגז הנבלע בחור השחור מאבד אנרגיה שנפלטת כאור, שאותו אנו רואים בטלסקופים לאחר שחצה את היקום והגיע עד אלינו. לפיכך, כשאנו מבחינים בקואזר, אנו מתבוננים למעשה בעבר. גיל היקום כיום הוא כ-14 מיליארד שנים, ואילו קואזרים אלו בגבול היקום נגלים לנו כפי שהיו פחות ממיליארד שנים אחרי המפץ הגדול. כלומר, היחס בין ימינו לבין עידן הקואזרים הקדומים דומה ליחס שבין מבוגר בן 40 לבין תינוק בן שנתיים.

אסטרופיסיקאים החוקרים חורים שחורים מנסים זה כבר להבין כיצד הקואזרים הגיעו לגודלם העצום. מנגנון ההיווצרות הנפוץ של חורים שחורים הוא קריסה של שמש בעלת כמה עשרות מאסות שמש אל תוך עצמה, כשמלאי הדלק הגרעיני שבה אוזל, ודבר לא עומד עוד כנגד כבידתה העצמית. בתהליך זה משליך הכוכב חלק ניכר מהמאסה שלו בפיצוץ סופרנובה, בעוד החלק האחר קורס אל תוך ליבתו שלו ויוצר חור שחור שמאסתו כ-10 מאסות שמש.

בנקודה הזאת עולה שאלה שמעסיקה אסטרופיסיקאים מאז התגלו הקואזרים הקדומים: כיצד גדל חור שחור קטן ומתפתח לקואזר ענק שמאסתו מיליארד מאסות שמש ויותר בזמן כה קצר לאחר המפץ הגדול? מהו המנגנון שמאפשר לחור השחור המקורי "לזלול" כמויות כה גדולות של חומר ולגדול במהירות?

הנה שני תהליכים נפוצים שדווקא בולמים את גידולו של החור השחור: כשהחומר אינו נע ישירות אל פי החור השחור, הוא יכול לחמוק מממנו ולהסתובב סביבו סחור-סחור. כשהחומר סוף סוף נופל לחור השחור, הוא נדחס, מתחכך, מתחמם, ופולט אור ש"דוחף החוצה". הכבידה מושכת, האור דוחף, ובסופו של דבר נוצר שיווי משקל שמונע בליעה של חומר נוסף בחור השחור, ומעכב את גידולו.

אם כן, כיצד בכל זאת גדלו הקואזרים? פרופ' טל אלכסנדר, ראש המחלקה לפיסיקה של חלקיקים ואסטרופיסיקה במכון ויצמן למדע, הציע באחרונה פתרון לבעיה זו – במאמר שפירסם בכתב-העת המדעי Science יחד עם שותפתו למחקר, פרופ' פריאמוואדה נאתאראג'אן מאוניברסיטת ייל.

מודל הגידול – שפרופ' אלכסנדר הראה את היתכנותו – מתחיל עם היווצרותו של חור שחור קטן ביקום הקדום. באותה עת היו זרמי הגז ביקום קרים וצפופים, והכילו הרבה יותר חומר בהשוואה לשאריות הגז הדלילות שנותרו ביקום כיום. החור השחור הקטן, שזה עתה נולד, נע ושינה תדיר את כיוון תנועתו בהשפעת כוכבים אחרים ב"תינוקייה" הקוסמית. שינויים אלה גרמו לכך שהגז לא הצליח להסתגל לשינוי המהיר ולהיכנס למסלול היקפי סביב החור השחור, ונבלע בתוכו. כך ספח החור השחור כמויות גדולות של חומר במהירות הולכת וגדלה. פרופ' אלכסנדר מסביר, שמדובר בקצב גידול מהיר מקצב מעריכי (סופרא-אקספוננציאלי). תקופת הגידול המואץ נמשכה כ-10 מיליון שנים (הרף-עין במונחי ההיסטוריה של היקום), ובסופה כבר היה החור השחור בעל מאסה השווה לכ-10,000 מאסות שמש. מכאן ואילך הואט יחסית קצב הגידול, אבל דרכו של החור השחור כבר הייתה סלולה, והובילה אותו בבטחה אל תהילת הקואזר.

מידע נוסף אפשר לקבל במשרד דובר מכון ויצמן למדע: 08-934-3856