כיצד מדענים ראו את ה'בלתי נראה' – ולכדו את התמונה הראשונה של חור שחור >>
מדענים העובדים עם הטלסקופ EHT( Event Horizon) הכריזו לאחרונה כי הם צילמו בהצלחה תמונה של אופק האירועים של חור שחור מסיבי במיוחד במרכז גלקסיית 87 Messier, במרחק של כמעט 55 מיליון שנות אור מכדור הארץ. כמערבולת לוהטת, התמונה החדשה מגיעה שנתיים לאחר שהצוות לכד לראשונה את הנתונים, וכך תמה המתנה ארוכה לאחת ההרפתקאות האסטרופיזיקליות המרגשות ביותר בזיכרון המודרני. "חורים שחורים הם העצמים המסתוריים ביותר ביקום," סיפר שפּרד דוֹלמן (Sheperd Doeleman), המנהל של EHT ומדען במרכז הרווארד- סמיתסוניאן לאסטרופיזיקה, לקהל במהלך מסיבת עיתונאים בקרן המדע הלאומית בוושינגטון, די.סי.
"מכיוון שהם כל כך קטנים, מעולם לא ראינו אחד. אנו נלהבים מהיכולת לדווח לכם היום שראינו חור שחור אחד, וגם צילמנו תמונה שלו."
כוח המשיכה שמופעל על ידי חור שחור כל כך עוצמתי שאפילו אור לא יכול לחמוק ממנו, מה שכמובן הופך את זה לכמעט בלתי אפשרי לצלם תמונה של אחד כזה. אבל לחורים שחורים יש מה שמכונה אופק אירועים: גבול שמגדיר את נקודת האל חזור. אור וחומר שחוצים גבול זה לא יצליחו לחמוק מהחור השחור, אבל חלל-הזמן מעוות באופק האירועים כך שהוא יוצר מעגל זוהר של חומר שמסתפח. תופעה זו יוצרת מעין צללית של העצם — וזה מה שלכד EHT.
על אף השם, EHT הוא בעצם פרויקט שמורכב משמונה טלסקופים במצפי כוכבים שונים ברחבי העולם, הפועלים בסנכרון לצילום החורים השחורים במרכז M87, כמו גם את החור השחור הסופר-מסיבי שנמצא במרכז גלקסיית שביל החלב שלנו, *EHT .Sagittarius A לכד את הנתונים הראשונים שלו בשנת 2006, ומאז הוסיף עוד ועוד מצפים אל הרשת שלו, אשר כעת כוללת טלסקופים תת-מילימטריים בהוואי, אריזונה, צ'ילה, אנטרקטיקה, מקסיקו וספרד. דולמן הסביר שהחור השחור הסופר מסיבי של M87 היה הראשון שהם צילמו, אבל כעת הם עובדים על .Sagittarius A*
התמונה החדשה מגיעה מנתונים שנלכדו במהלך טווח של תשעה ימים באפריל 2017. נדרשו שנתיים כדי לפרוק ולנתח בפועל את הנתונים מכל המצפים, חלקית מכיוון שהקבצים גדולים מדי להעברה דיגיטלית. כוננים קשיחים הועברו פיזית מהמצפים על מנת לאפשר למדענים לעבד את הנתונים. ערכת הנתונים מאנטרקטיקה, בייחוד, נשארה בלתי נגישה למשך חודשים בעקבות מזג אוויר קיצוני.
רוג'ר בַּלנְדפוֹרד (Roger Blandford), אסטרופיזיקאי תאורטיקן באוניברסיטת סטנפורד אשר לא היה מעורב ב-EHT, אמר לפופיולר סיינס שהתמונה היא "מחווה לעבודה הקשה של הצוות ול-50 שנות תחכום של אסטרונומים בתחום הרדיו, לפני הבנה מעמיקה של מלאכת האינטרֶפרוֶֹמטריה."
המצפים השונים המרכיבים את EHT יכולים לבצע תצפיות בתדרי רדיו שונים של עצמים שונים בחלל. במקרה זה, הם כולם יישרו קו להביט על הקרינה הנפלטת מאופק האירועים של כל חור שחור, ופעלו בשיתוף פעולה כדי לספק את סוג הרזולוציה האופטית הקיצונית שנדרשת על מנת לצלם משהו כל כך קטן וכל כך רחוק. דניאל ָמרוֹן (Daniel Marrone), אסטרונום מאוניברסיטת אריזונה וחבר בצוות ה-EHT, אמר לקהל במסיבת העיתונאים שבעוד החור השחור הינו בעל מסה גדולה פי 6.5 מיליארד ממסת השמש, אופק האירועים הינו בסך הכל ברוחב של אחד וחצי ימי אור. לצורך השוואה, M87 בעצמו, כבר עצם מרשים לצילום, במרחק של 55 מיליון שנות אור, הינו בקוטר של 120 שנות אור. דולמן מכנה את ההישג "כמו היכולת לקרוא את התאריך על מטבע בלוס אנג'לס כאשר אנו עומדים כאן בוושינגטון די.סי."
לפני ההכרזה, לא היה ברור לחלוטין מה בדיוק צוות EHT עומד לגלות לעולם. אַנְדראַה איסלה (Andrea Isella), אסטרונום מאוניברסיטת ַרייס אשר לא היה מעורב בפרויקט, אמר לפופיולר סיינס לפני כן שבעוד שכמובן מעולם לא היו לנו תצפיות ישירות של *Sagittarius A, אנו יודעים על קיומו מזה עשרות שנים. אנו יכולים לצפות בהשפעות הכבידתיות שלו על עצמים בקרבתו. "אנו רואים כוכבים המקיפים משהו שלא תואם לשום אור אופטי," הוא אומר. "מתנועה זו, אנו יכולים למדוד את המסה של החור השחור — הערכות בסדר גודל של מיליוני מסות שמש."
בלנדפורד הדגיש מוקדם יותר את הפוטנציאל של התמונה לאישוש האם תיאוריה של איינשטיין ליחסות כללית — המודל לצורה בה אנו מבטאים את קשרי הגומלין של כבידה וחלל-הזמן — יכול לתאר נכונה כיצד פועלת הכבידה ביחס ליצורי ענק אולטרא-מסיביים אלו, ואולי ישפוך אור נוסף על התכונות של חורים שחורים בעצמם. בעוד שתורת היחסות הכללית כבר נבדקה פעמים רבות באמצעות מצבים חלשים יותר כמו עידוש כבידתי (הצורה שבה אור מתעוות כאשר הוא עובר בסמוך לעצמים מסיביים), היא מעולם לא נבדקה בשדה כבידה חזק כמו חור שחור.
צוות ה-EHT אישר כעת שהנתונים החדשים עקביים גם עם מודלים קודמים ששימשו לתאר הן חורים שחורים והן יחסות כללית. אייברי ברודריק (Avery Broderick) מאוניברסיטת ווטרלו מסביר שאילו איינשטיין היה טועה, הצללית של החור השחור עשויה היתה להיראות שונה מאוד — משונה בצורתה או חסרה לחלוטין. במקום זאת, היא היתה מעגלית ותאמה למבנה המצופה.
"היום, יחסות כללית עברה מבחן מכריע נוסף," אומר ברודריק. "במובן מסוים, חורים שחורים הם למעשה עצמים מאוד פשוטים," אומר איסלה. הם מוגדרים על ידי מה שהוא מסביר כשני פרמטרים עיקריים: מסה (אשר כבר מוערכת באמצעות מסלול הכוכבים שמקיפים אותו), וקצב סיבוב. תמונה של חור שחור יכולה לספק קו ישיר לחישוב פרמטרים אלו. כל סטייה משמעותית מהמצופה משמעותה שחסרה חתיכה קריטית שטרם התייחסנו אליה. אך התמונה החדשה שצולמה מהווה חדשות מעודדות שכל מה שלמדנו אודות חורים שחורים, אפילו מבלי לראות אחד, היה מדויק.
הממצאים החדשים יגררו מספר עצום של מחקרים אסטרופיזיקליים וקוסמולוגיים. בעתיד המיידי, בלנדפורד מקווה, "הם יסייעו לנו להבין מה קורה לגז ולשדות מגנטיים מחוץ לאופק האירועים, את האופן שבו דיסקים של גז שסובבים סביב חור שחור מתנהגים, וכיצד סילונים יחסותיים [חומר מיונן שנפלט במהירות האור] נוצרים." ברודריק הסביר שהנתונים כבר שימשו לקביעת העובדה שהחור השחור של M87 מסתובב עם כיוון השעון, ומכיל תכונה בהירה בצורת חצי סהר עם חלק פנימי כהה.
בהמשך הדרך, בלנדפורד חושב שאסטרונומים יוכלו להשתמש בנתונים אלו לקבלת מבט טוב יותר על ההתנהגות של כוכבים בודדים שמקיפים את מרכז הגלקסיה, ועל ההשפעה של הגז החם שנמצא בסמוך לחורים שחורים על הסיבוב של העצמים עצמם. חברת צוות EHT סרה מרקוֹף (Sera Markoff) מאוניברסיטת אמסטרדם דנה כיצד עבודה מסוג זה עשויה לשמש להבנה טובה יותר של האופן שבו סילוני קרינה וחלקיקים שנפלטים על ידי חורים שחורים משפיעים על צמיחה גלקטית ואבולוציה.
אך מלבד הרלוונטיות המדעית של התמונה, יש כאן גם אבן דרך טכנולוגית ראויה להדגשה. EHT הינו, במובנים רבים, סוג של הוכחה רעיונית להשגת תמונות ברזולוציה גבוהה של עצם שמימי קטן מאוד ומרוחק מאוד. ביצוע הישג שכזה למעשה פותח מתודולוגיה שלמה לניהול מחקרים אסטרונומיים נועזים יותר.
"גוש גדול של מחקרים באסטרונומיה עוסק בניסיון לצלם עצמים מאוד קטנים," אומר איסלה. "ההשלכה היא, שנוכל להתקדם ולהוסיף עוד טלסקופים ולקבל תמונות בעלות איכות טובה יותר, כמו גם לצלם תמונות של חורים שחורים אחרים," אומר איסלה.
ייתכן שעובדה זו לא נראית ברורה מאד ממבט ראשון של התמונה, אשר בהחלט נראית מטושטשת יותר ממה שאולי ציפה רוב הציבור. התמונה דחוסה פי מיליון מ-5,000 טרה-בייטים של נתונים, והחדות, לרוע המזל עדיין לא מושלמת. אך ניתן לשפר זאת באמצעות גישות שונות בתצפיות עוקבות, כמו שימוש באלגוריתמים חדשים, ותוספת של טלסקופים בעלי תדירות גבוהה יותר.
למעשה, האסטרונומיה כבר רגילה לתהליך מסוג זה של שלב אחר שלב. קחו כוכב לכת כמו פלוטו, למשל. התצפית הראשונה שלנו על כוכב הלכת הננסי הייתה פשוט בלגן על פי הסטנדרטים של היום, אך עם הזמן, הצלחנו למצוא משהו שנראה הרבה יותר דומה לכוכב לכת ממשי, עם תכונות של פני שטח. וזה לא היה עד המעבר של New Horizons (ניו הורייזנס), 85 שנה לאחר לכידת התמונה הראשונה של פלוטו, שסוף סוך יכולנו לראות את האטמוספרה המעורפלת שלו, תצורות סלעים, וצבעי שטח אמיתיים.
לצוות יהיו 11 טלסקופים בפרויקט עד שנת 2020, ודולמן ועמיתיו הביעו את רצונם להציב בשלב כלשהו טלסקופ בחלל, להרחבת המאמצים שלהם. בעוד שהתמונה החדשה של החור השחור הסופר מסיבי של M87 לא שינתה באופן קיצוני את ההבנה שלנו של היקום, היא בהחלט מסייעת בפתיחת הדלת למבט חדש לחלוטין על החלל.
"חשפנו חלק מהיקום שחשבנו שהוא בלתי נראה לנו קודם לכן," אמר דולמן. "הטבע חתר לאפשר לנו לראות משהו שחשבנו שהוא בלתי נראה."
