חור שחור או עין חתול? הנה איך מדענים מצלמים חורים שחורים

ביום רביעי, 10 באפריל, 2019 טלסקופ אופק לאירוע (EHT) פרסמה את התמונה הראשונה של א חור שחור או חורים שחורים, אם לדייק את החור השחור במרכז הגלקסיה הספירלית M87, שנמצאת במרחק של כ -53 מיליון שנות אור מכדור הארץ.

להסבר מהם חורים וכיצד ניתן ליצור אותם קרא כאן וכאן.

זמן קצר לאחר פרסום התמונה, אנשים רבים חשבו שהתמונה דומה לסופגנייה, עין של סורון, ממש עד עין החתול. גם היום יש הרבה ממים שמפוזרים במרחב הקיברנטי שאומרים את אותו הדבר.

אז האם זה באמת חור שחור או עין של חתול? בוא נגלה!

בקיצור, אנחנו לא יכולים. מכיוון שחורים שחורים אינם פולטים או משקפים אנרגיה בשום צורה ושום דבר (אפילו אור) לא יכול לצאת מהחור השחור כדי להתגלות מהאדמה. עם זאת, ניתן לזהות קיומם של חורים שחורים באמצעות השפעת שדה הכבידה שלהם על גרמי שמיים אחרים.

כלומר התמונה של אתמול מתיחה אנא!

רגע, חכה רגע. אל תקפוץ למסקנות. זה בעצם חור שחור בלתי נראה. עם זאת, כאשר אובייקט, כמו כוכב, קרוב מספיק לאופק האירועים של החור השחור, הכוכב הזה יחווה אותו אירוע שיבוש גאות ושפל. זו תופעה בה הכוכב נהרס בגלל כוחות הגאות העצומים.

כשהחומר שמרכיב את הכוכבים הללו נופל לתוך החור השחור, הם יהוו משהו שנקרא דיסק צבירה, או שאני מעדיף לקרוא לזה טבעת חור שחור.

החומר שבטבעת החור השחור יקיף את החור השחור לפני שיאבד סופית את אנרגיית הכבידה ויפול אָכוּל חור שחור. חומרים אלה ישפשפו זה בזה, כך שהטמפרטורה תגדל ותפלט גלים אלקטרומגנטיים באורכי גל שונים. זה מה שמאפשר לנו לצפות בחורים שחורים באופן חזותי.

טלסקופ אופק לאירוע (EHT) הוא פרויקט בינלאומי שמטרתו להתבונן בסביבה סביב החור השחור הסופר-מסיבי מזל קשת A * ובחור השחור הסופר-מסיבי במרכז הגלקסיה M87. EHT מורכב מעשרה טלסקופי רדיו המפוזרים בכמה מיקומים על פני כדור הארץ ומחוברים זה לזה כדי ליצור טלסקופ וירטואלי בערך בגודל כדור הארץ.

EHT משתמש בשיטות אינטרפרומטריות כדי להשיג תמונות של חורים שחורים. כל הנתונים המקבילים שנאספו על ידי כל טלסקופ ישולבו כדי לייצר דפוס הפרעה. דפוס ההפרעה מכיל מידע על החור השחור הנצפה.

עם זאת, מכיוון שמספר הטלסקופים שאוספים נתונים עדיין קטן יחסית ואינו מופץ באופן שווה על פני כדור הארץ, מידע רב אינו נצפה. מסיבה זו, EHT פיתחה אלגוריתם שיכול למלא את חורי המידע.

בקיצור, הדרך שבה האלגוריתם עובד היא על ידי אינטרפולציה והפקת נתונים על בסיס תבניות שנוצרו מהנתונים שנאספו. ואז האלגוריתם מעבד את הנתונים כדי להפוך לתמונה אחת.

עם זאת, ישנם תמונות אפשריות רבות אשר ניתן ליצור על ידי האלגוריתם על סמך הנתונים שנאספו. שוב, זאת מכיוון שהנתונים שנאספו עדיין קטנים יחסית. לכן, בחר אחת (או קבוצה) מהתמונות הטובות ביותר שנראות הגיוניות יותר. מה שהגיוני כאן הוא שצורת התמונה מתקרבת לצורה החזויה במודלים מתמטיים.

אז ככה נוכל לצלם חורים שחורים.

אז זה לא צילום של עין חתול, נכון?

יאפס. אבל כדי להבין טוב יותר את התצלום, עלינו להכיר את חלקי החור השחור.

חור שחור אינו חור. זהו אובייקט עם צפיפות אינסופית שנקרא ייחוד. זה נקרא סינגולריות מכיוון שהאובייקט הוא רק נקודה אחת במרחב (נקודה אחת במרחב) שאין לו נפח.

סביב הייחודיות ישנם אזורים הנקראים אופק אירועים או אופק אירועים. אזור זה הוא שמעניק לחור שחור את המאפיינים של חור שחור. זה קורה מכיוון שבתוך אופק האירועים, שדה הכבידה של חור שחור גדול מאוד ואפילו אור לא יכול לברוח ממשיכת הכבידה שלו. לכן חורים שחורים הם שחורים. נקרא הרדיוס של אופק האירועים רדיוס שוורצשילד.

ואז יש דיסק צבירה או טבעות חור שחור שתוארו קודם לכן. החלק הזה הוא מה שפולט הרבה גלים אלקטרומגנטיים כדי שנוכל לצלם חורים שחורים. טבעות חור שחור מסתובבות במרחק מסוים מהייחודיות ומכונות רדיוס מסלול מעגלי יציב (ISCO) הפנימי ביותר. עבור חור שחור שאינו מסתובב, רדיוס ה- ISCO הוא פי שלושה מרדיוס אופק האירועים.

אחד נוסף הוא כדור פוטון, שהוא בערך פי 1.5 מרדיוס אופק האירועים. זהו אזור שבו פוטונים יכולים להקיף חור שחור! תאר לעצמך שאם אתה נמצא באזור הזה, אז אתה יכול לראות את החלק האחורי של הגוף שלך! כמה מדהים! (אבל אל תנסה אותך)

עכשיו הסתכל שוב בתצלום של החור השחור (החור השחור) M87. יש חלק כהה באמצע וחלק בהיר שמקיף את החלק הכהה. בחלק החשוך יש סינגולריות שנמצאת ממש באמצע ואופק האירועים שמקיף אותה, והחלק הבהיר הוא טבעת של חורים שחורים וחלק קטן כדור פוטון.

ובכן, עכשיו ברור שהתצלום הוא באמת צילום חור שחור ולא צילום עין חתול, עין של סורון, או סופגניות.

הישאר סקרן, חבר'ה!

התייחסות

• טלסקופ אופק לאירוע: מדע
• חור שחור
• כיצד אנו מצלמים תמונות חור שחור?
• אירוע שיבוש גאות ושפל