כיצד נוצרים חורים שחורים ביקום?

(דן טרי) - חורים שחורים הם ענקים בעלי מסה גדולה פי מיליונים עד מיליארדים מזו של השמש שלנו. הם יוצרים כוחות כבידה כה חזקים שאפילו אור לא יכול להימלט.

סימולציה של חור שחור סופר-מאסיבי (איור: אדובי).

במרכז רוב הגלקסיות מסתתר ענק קוסמי: חור שחור סופר-מאסיבי. עצמים מסתוריים אלה, בעלי מסה גדולה פי מיליונים עד מיליארדים מזו של השמש שלנו, מפעילים כוח משיכה כה חזק שאפילו אור לא יכול להימלט.

חורים שחורים הם כה מסיביים עד שהם מעצבים את הגלקסיות סביבם. הם משפיעים על היווצרות כוכבים, התפתחות גלקסיות ואפילו על תנועות של צבירי כוכבים שלמים.

שביל החלב שלנו אינו יוצא מן הכלל. במרכזו נמצא קשת A*, חור שחור סופר-מאסיבי שמשקלו כארבעה מיליון שמשות. בעוד שחורים שחורים אלה חיוניים לקיומן של גלקסיות, עדיין איננו יודעים בוודאות כיצד הם נוצרים.

עם זאת, מחקר חדש של מודל Pop III.1, בראשות האסטרופיזיקאי התיאורטי ג'ונתן טאן מאוניברסיטת וירג'יניה, ניגש לבעיה תמוהה זו מנקודת מבט רעננה.

פרופסור טאן מתבסס על עשרות שנים של מחקר כדי להניח את היסודות לתיאוריה חדשה שיכולה להסביר כיצד נוצרו גופים קוסמיים ענקיים אלה.

על פי מחקר שלו ועמיתיו, קריסת הדור הראשון של כוכבים, המכונים גם פרוטוסטארים, עשויה להוביל להיווצרותם של חורים שחורים סופר-מאסיביים.

דגם פופ III.1

כוכבים שנוצרו ממימן קדמון והליום נקראים כוכבים מסוג Pop III (איור: חלל).

ביקום המוקדם, הרבה לפני הופעת גלקסיות וכוכבי לכת, נולד הדור הראשון של כוכבים. כוכבים אלה, שנוצרו ממימן קדמון והליום, כונו כוכבים מסוג Pop III על ידי אסטרופיזיקאים.

מודל Pop III.1, שפותח על ידי פרופסור ג'ונתן טאן, מתאר כוכבים שנוצרו בסביבות שלא הושפעו מיסודות כבדים יותר. ללא פחמן, חמצן או מתכות כבדות לוויסות תהליך הקירור, כוכבים ראשונים אלה היו יכולים להגיע למסות גבוהות במיוחד.

דמיינו כוכבים בעלי מאות מונים של שמשנו. גודלם העצום מקנה להם תוחלת חיים קצרה, והם קורסים במהירות ויוצרים את החורים השחורים הראשונים.

חורים שחורים קדמוניים אלה, שרידי כוכבי Pop III, משמשים כזרעים לצמיחתם של חורים שחורים ענקיים. בסופו של דבר, הם גדלים והופכים לחורים שחורים סופר-מאסיביים שאנו רואים כיום במרכזי הגלקסיות. מדענים אף גילו חור שחור סופר-מאסיבי שמשקלו פי 36 מיליארד מהשמש.

כוכבי Pop III.1 מילאו גם הם תפקיד מפתח בעיצוב היקום המוקדם. הקרינה העוצמתית שלהם ייננה את גז המימן המקיף אותו, ויזמה את היינון מחדש של היקום.

זה היה רגע מכונן שבו היקום שינה את מבנהו ואת מאזן האנרגיה שלו. התוצאה הייתה הארה קוסמית פתאומית, המכונה "הבזק" בחוגים אסטרונומיים.

ההשפעה הכפולה של כוכבי Pop III.1 הופכת אותם לחשובים בהבנת ראשית המבנה הקוסמי.

אתגרים וחלופות

מודל Pop III.1 עדיין נחשב לתיאוריה מקובלת מדעית (איור: חלל).

מלבד הסבר היווצרותם של חורים שחורים סופר-מאסיביים, תיאוריית Pop III.1 מטפלת גם בכמה בעיות מרכזיות שלא נפתרו בקוסמולוגיה.

סוגיות אלה כוללות את "מתח האבל", הוויכוח על אנרגיה אפלה דינמית, וגם אנומליות הקשורות למסות נייטרינו.

על ידי קישור הכוכבים הראשונים ושרידי החורים השחורים שלהם לאבולוציה בקנה מידה גדול של היקום, המודל של פרופסור טאן מציע פרספקטיבה ייחודית שיכולה לסייע בפענוח תעלומות רבות.

עם זאת, תרחיש Pop III.1 אינו הרעיון היחיד. תיאוריות אחרות מציעות כי חורים שחורים קדמונים נוצרו ישירות מתנודות צפיפות בשניות הראשונות לאחר המפץ הגדול.

חורים שחורים אלה עשויים להיות זרעים של חורים שחורים סופר-מאסיביים. גישה נוספת מצביעה על קריסה ישירה של ענני גז ענקיים שאינם יוצרים כוכבים.

כל תיאוריה מציעה מנגנון שונה, שכולם שמטרתו להסביר את מסתרי היקום.

תחזיות מודל Pop III.1 לגבי היינון של היקום המוקדם גם הן מאתגרות. אילוצים תצפיתיים על קרינת הרקע הקוסמית, ובמיוחד אפקט סוניאב-זלדוביץ' הדינמי, מצביעים על כך שכמות ותזמון היינון מחדש עשויים להיות קשים ליישוב.

אף על פי כן, מודל Pop III.1 עדיין נחשב לתיאוריה משכנעת, וממשיך להניע את הוויכוח על האופן שבו נוצר אחד המבנים הראשונים של היקום.

מקור: https://dantri.com.vn/khoa-hoc/ho-den-trong-vu-tru-hinh-thanh-nhu-the-nao-20250923030226135.htm