ווב תיעד חור שחור ניזון מגז גלקטי

צוות חוקרים בינלאומי הצליח לקבל את אחת ההצצות המפורטות ביותר עד כה לאופן שבו חור שחור על-מסיבי ניזון מגז בסביבתו. בעזרת טלסקופ החלל ג'יימס ווב תועדו סיבי גז ארוכים המחברים בין המעטפת החמה של הגלקסיה NGC 4696 לבין דיסקה מסתובבת המקיפה את החור השחור שבמרכזה — מאגר החומר האחרון לפני שהגז נשאב פנימה.

הממצאים פורסמו בכתב העת The Astrophysical Journal Letters, והם עוסקים בשאלה שמעסיקה אסטרונומים כבר עשרות שנים: איך חורים שחורים ממשיכים לגדול גם כשהם עצמם מחממים את סביבתם, לכאורה באופן שאמור למנוע מהגז להתקרר וליפול אליהם.

החידה הוותיקה במרכזי גלקסיות

כמעט בכל גלקסיה גדולה שוכן במרכזה חור שחור על-מסיבי, שמסתו יכולה להגיע לפי מיליונים ואף מיליארדים ממסת השמש. החור השחור עצמו אינו פולט אור, אך כאשר גז ואבק נמשכים אליו הם מתחממים ויוצרים אזור בוהק ואנרגטי במיוחד. במקרים כאלה מדברים האסטרונומים על גרעין גלקטי פעיל.

למערכות האלה יש השפעה דרמטית על סביבתן. חור שחור פעיל יכול לשגר סילונים רבי-עוצמה שמעבירים אנרגיה למרחקים גדולים ממרכז הגלקסיה. הסילונים הללו מחממים את הגז שסביבם, מאטים יצירה של כוכבים חדשים ומשפיעים על התפתחות הגלקסיה לאורך מיליארדי שנים. אבל כאן נוצר גם פרדוקס: אם הסביבה מתחממת, לגז אמור להיות קשה יותר להתקרר, להתעבות ולנוע חזרה אל המרכז. במילים אחרות, החור השחור אמור לקטוע לעצמו את אספקת הדלק.

סיבי הגז שמובילים אל הלב הפעיל

התצפיות החדשות בוצעו על NGC 4696, הגלקסיה המרכזית הגדולה ביותר בצביר קנטאורוס, המרוחק כ-145 מיליון שנות אור מכדור הארץ. החוקרים השתמשו במשך קרוב לשמונה שעות במכשיר NIRSpec של ווב, שמפרק את האור התת-אדום לאורכי גל שונים וכך מאפשר לברר ממה מורכב הגז, כיצד הוא נע ואיך תכונותיו משתנות מאזור לאזור.

המפות שהתקבלו אפשרו למדענים לעקוב אחר תנועת הגז עמוק בתוך תחום ההשפעה הכבידתית של החור השחור. ווב הצליח להבחין במבנים בקנה מידה של כ-30 שנות אור — רזולוציה חריגה מאוד עבור תצפית בתוך גלקסיה שממדיה מגיעים למאות אלפי שנות אור.

אחד הממצאים הבולטים הוא שמבנה בצורת S שנראה סמוך למרכז הגלקסיה אינו רק עיוות גזי כללי, אלא דיסקה מסתובבת של גז סביב החור השחור העל-מסיבי. רוחב הדיסקה כמעט 800 שנות אור, וחלק מהחומר שבתוכה נע במהירויות של עד 600 קילומטרים בשנייה.

הנקודה החשובה ביותר מבחינת החוקרים היא שנראה כי הדיסקה הזו מחוברת פיזית לאחד מסיבי הגז הגדולים הזורמים פנימה. הנתונים מצביעים על גז שנע לאורך הסיב, נכנס אל הדיסקה המסתובבת, ומשם ממשיך במסלול שמספק חומר לחור השחור עצמו.

מחזור שמזין את עצמו

לדברי החוקרים, החיבור שנצפה בין סיבי גז קרים לדיסקה הגרעינית מספק עדות תצפיתית חזקה במיוחד לרעיון ותיק: חורים שחורים אינם רק צורכים חומר, אלא גם יוצרים את התנאים שיאפשרו את אספקת הדלק הבאה שלהם.

לפי המודל הזה, הסילונים שמשגר החור השחור מחממים תחילה את הגז שסביב הגלקסיה. עם הזמן, חלקים מהגז מאבדים אנרגיה, מתקררים, נעשים בלתי יציבים ומתעבים לסיבים ארוכים וצרים. חלק מן הסיבים הללו, שרוחבם עשוי להיות כמה מאות שנות אור אך אורכם אלפי שנות אור, נעים חזרה לעבר המרכז. כוחות מגנטיים עשויים לסייע בתהליך הזה, להפחית את הסיבוב של החומר ולנתב אותו פנימה אל הדיסקה שסביב החור השחור.

מייגן דונהיו, פרופסור לפיזיקה ואסטרונומיה באוניברסיטת מישיגן סטייט, אמרה כי התצפיות של ווב מספקות "אלפי עובדות ומדידות חדשות" ומאפשרות לחוקרים להתקדם בפתרון השאלות על הדרך שבה חורים שחורים מקבלים את הדלק שלהם ועל האופן שבו הם משפיעים על הגלקסיה המארחת.

גם הסימולציות הלכו לאותו כיוון

כדי לבדוק אם ההסבר הזה עומד במבחן נוסף, הצוות השווה את הנתונים לתוצאות של סימולציות מחשב מתקדמות. לפי החוקרים, תנועת הגז והדרך שבה הוא מתעבה במודל החישובי דמו מאוד למה שנצפה בפועל. ההתאמה הזו מחזקת את ההשערה שלפיה קירור גז, שדות מגנטיים וסילוני חורים שחורים פועלים יחד במנגנון ויסות עצמי.

פרופ' מארק וויט ממישיגן סטייט אמר כי החישובים שביצעה קבוצתו ניבאו ששדות מגנטיים יכולים לסייע בהזנת החורים השחורים הגדולים ביקום באמצעות תיעול גז קר לעברם, והוסיף כי מרשים לראות את התהליך הזה משתקף בתמונות של ווב.

המחקר מציב כעת חוליה תצפיתית חשובה בשרשרת ארוכה שנחקרה בעיקר בתיאוריה ובסימולציות: מן החימום שמייצרים הסילונים, דרך הקירור והיווצרות הסיבים, ועד להזנת הדיסקה והחור השחור עצמו. המאמר המדעי פורסם ב-14 ביולי, והתצפיות ב-NGC 4696 מספקות בסיס חדש למחקרים עתידיים על יחסי הגומלין בין חורים שחורים למרכזי גלקסיות.