הסבר: שני חורים שחורים התמזגו לפני מיליארדי שנים, אבל זה מעורר תמיהה על מדענים עכשיו

LIGO ובתולה מזהים אותות מגלי כבידה המשתחררים במיזוג. אחד משני החורים השחורים של ההורים היה בעל מסה בינונית יוצאת דופן, מה שמאתגר את הידע המדעי המסורתי. מה מובן בדרך כלל, ומה מסביר את הגודל החריג הזה?

קונספט של אמן הממחיש סכמה היררכית למיזוג חורים שחורים. (קרדיט: LIGO/Caltech/MIT/R Hurt [IPAC])

לפני מיליארדי שנים, התנגשות בין שני חורים שחורים שלחה גלי כבידה לפכפוך ביקום. בשנת 2019, אותות מהגלים הללו היו זוהה במצפה גלי הכבידה LIGO (ארצות הברית) והגלאי בתולה (איטליה).

מה שהלהיב מדענים, לעומת זאת, הוא המסה של אחד מהחורים השחורים האביים, שמתנגדת לידע המסורתי כיצד נוצרים חורים שחורים.

הגילוי והניתוח מתוארים בשתי עבודות מחקר. אחד ב מכתבי סקירה פיזית , מפרט את הגילוי ומציע דרכים אפשריות שבהן התרחש המיזוג החריג. העיתון השני, ב מכתבי ה-astrophysical Journal , דן בתכונות הפיזיקליות של האות.

מה בדיוק התגלה?

זה היה אות מגל כבידה, שדה גילוי חדש יחסית. גלי כבידה הם אדוות בלתי נראים שנוצרות כאשר כוכב מתפוצץ בסופרנובה; כאשר שני כוכבים גדולים מקיפים זה את זה; וכאשר שני חורים שחורים מתמזגים. בנסיעה במהירות האור, גלי כבידה לוחצים ומתוחים כל דבר שנקרה בדרכם.

גלי כבידה הוצעו על ידי אלברט איינשטיין בתורת היחסות הכללית שלו לפני יותר ממאה שנה. עם זאת, רק בשנת 2015, גל הכבידה הראשון זוהה בפועל - על ידי LIGO. מאז, היו מספר גילויים עוקבים של גלי כבידה.

האות שזוהה ב-LIGO ובתולה, כפי שתואר על ידי LIGO Collaboration, דומה לארבעה התנועות קצרות ונמשך פחות מעשירית השנייה.

מאיפה זה בא?

ניתוח שלאחר מכן העלה שסביר להניח ש-GW190521 נוצר על ידי מיזוג של שני חורים שחורים. האות כנראה ייצג את הרגע שבו התאחדו השניים. חישוב זה הגיע ממרחק של כ-17 מיליארד שנות אור, ומתקופה שבה היקום היה בערך מחצית מגילו.

אבל ממצאים אלה הובילו לשאלות נוספות. אחד משני החורים השחורים המתמזגים נופל בטווח מסה בינוני - חוסר התאמה שלא ניתן להסביר על ידי ידע מסורתי כיצד נוצרים חורים שחורים.

למה זה יוצא דופן?

כל החורים השחורים שנצפו עד כה שייכים לאחת משתי קטגוריות. קטגוריה אחת נעה בין כמה מסות שמש (מסה שמש אחת היא המסה של השמש שלנו) לבין עשרות מסות שמש. הם נחשבים להיווצר כאשר כוכבים מסיביים מתים.

הקטגוריה השנייה היא של חורים שחורים סופר מסיביים. אלה נעים בין מאות אלפים, לפי מיליארדי השמש שלנו.

על פי הידע המסורתי, כוכבים שעלולים להוליד חורים שחורים בין 65 ל-120 מסות שמש אינם עושים זאת - כוכבים בטווח זה מתפוצצים עצמם כאשר הם מתים, מבלי להתמוטט לתוך חור שחור.

אבל במיזוג שהוביל לאות GW190521, החור השחור הגדול יותר היה של 85 מסות שמש - הרבה בטווח הבלתי צפוי הזה, המכונה פער מסות אי-יציבות הזוגות. זהו החור השחור הראשון במסה בינונית שנצפה אי פעם. (למעשה, גם החור השחור הקטן יותר הוא גבולי, ב-66 מסות שמש.)

השניים התאחדו ויצרו חור שחור חדש של כ-142 מסות שמש. אנרגיה שווה ערך לשמונה מסות שמש השתחררה בצורה של גלי כבידה, מה שהוביל לגל החזק ביותר שאי פעם זוהה על ידי מדענים עד כה.

כיצד יכול היה להיווצר החור השחור בעל מסה בלתי רגילה?

החוקרים מציעים שהחור השחור בעל מסה 85 לא היה תוצר של כוכב מתמוטט, אלא היה בעצמו תוצאה של מיזוג קודם. נוצר על ידי התנגשות בין שני חורים שחורים, סביר להניח שהחור השחור החדש התמזג אז עם החור השחור בעל 66 מסה סולארית - מה שהוביל לגלי כבידה ולאות שנקלט על ידי LIGO ובתולה.

שתף עם החברים שלך: