האם שחורים יבלעו בסוף את היקום? מה היה קורה אילו חור שחור היה מתקרב למערכת השמש? איך תוכלו לראות חור שחור?
האם חורים שחורים הולכים לבלוע את כל היקום?
1Observable_universe_pbudassi.jpg
בתרבות הפופולרית חורים שחורים מוצגים לעיתים קרובות כשואבי אבק קוסמיים שזוללים כל דבר בקרבתם, גדלים עם כל טרף וממשיכים לזלול בתיאבון מוגבר. אבל אם היקום בן 13.7 מיליארד שנה ואנחנו עדיין רואים גלקסיות וערפיליות, כוכבי שבת וכוכבי לכת, אסטרואידים ושביטים, בני אדם וארנבונים חמודים באחו – סימן שהחורים השחורים הם לא זללנים מצטיינים במיוחד, נכון?
האמת היא שֶחורים שְחורים לעולם לא יבלעו את כל היקום, גם לא את מקצתו. קחו לדוגמה את הגלקסיה שלנו, שביל החלב. לפי הערכות, יש כמיליארד חורים שחורים כוכביים בגלקסיה, ובמרכזה החור השחור העל-מסיבי A* בקשת. זה נשמע המון, אבל צריך לזכור שבגלקסיה יש כ-400 מיליארד כוכבים שאינם חורים שחורים.
2-Pointing_X-ray_Eyes_at_our_Resident_Supermassive_Black_Hole.jpg
ועוד צריך לזכור שהחלל החיצון הוא מקום גדול. הגלקסיה שלנו היא שכבה דקה, רחבה וספירלית של כוכבים – בקוטר בלתי נתפס של 200,000 שנות אור מקצה לקצה. הסיכוי שכוכב שבת או לכת ימצא את עצמו ליד חור שחור הוא קלוש שבקלושים. לפי אחת ההערכות, הסיכוי שכדור הארץ יהיה אי פעם קרוב יותר לחור שחור מאשר לשמש (כלומר המרחק ביניהם יהיה קטן מיחידה אסטרונומית אחת) עומד על פעם ב-1020 שנים, שזה פי עשרה מיליארד מהגיל הנוכחי של היקום. זה כנראה לא יקרה, לא לכדור הארץ ולא לרוב רובם של הגופים האחרים ביקום.
הסיבה לכך היא שֶחורים שחורים מצייתים לאותם חוקי כבידה כמו כל גוף אחר ביקום: הם "מושכים" גופים בהתאם למסתם, והשפעתם פוחתת לפי ריבוע המרחק ביניהם. חור שחור במסה של 10 שמשות מפעיל כוח כבידה בדיוק כמו כוכב רגיל במסה של 10 שמשות – לא יותר ולא פחות. במילים אחרות, עליכם להיות קרובים למדי לחור שחור כדי להישאב פנימה.
כמה קרוב?
מה היה קורה אילו השמש שלנו הייתה מוחלפת בחור שחור?
3hole-black-hole-earth-globe-space-astronomy-planet-a-journey-of-discovery-background.jpg
נניח שאתם מתעוררים מחר בבוקר ומגלים שהשמש שלנו קרסה לכדי חור שחור. היא ממש לא אמורה להפוך לחור שחור, לא מחר בבוקר ולא אף פעם, אבל נניח שזה קרה: בַּמקום שעמדה השמש שלנו עומד כעת חור שחור. מאחר שֶחור שָחור הוא צורת הדחיסה האולטימטיבית של חומר ביקום, כל מה שהיה פעם השמש שלנו מרוכז כעת בקוטר של 6 ק"מ בלבד – אבל עם אותה מסה בדיוק, פי 333 אלף מזו של כדור הארץ.
בשלב הזה, הייתם חושבים, החור השחור יבלע את כדור הארץ. אבל האמת היא שחורים שחורים הם לא שואבי אבק קוסמיים, וכאמור חוק הכבידה חל עליהם ממש כמו שהוא חל על כוכבים רגילים (ועל בני אדם ועל נמלים), ועוצמתו פוחתת לפי ריבוע המרחק. חור שחור במסה של השמש שלנו, ובמקום שעמדה השמש שלנו, לא יפעיל על כדור הארץ כוח רב מאשר, ובכן, השמש שלנו. כדור הארץ לא ייבלע, לא יתפוצץ, לא ייקרע לגזרים וגם לא יוסט ממסלולו. הארץ, הירח, מאדים, צדק, השביטים, עננת אורט, כל הגופים ומשפחות הגופים במערכת ימשיכו לנוע במסלוליהם הרגילים.
מה שכן, מאחר שחור שחור אינו פולט אור, או כל קרינה אלקטרומגנטית אחרת – יהיה קר וחשוך וכולנו נמות. בכל זאת לא נעים.
כל זה הוא כאין וכאפס לעומת מה שהיה קורה לנו אילו התקרבנו מאוד לחור שחור.
ספגטיפיקציה: מה היה קורה אילו עמדתם ליד חור שחור?
מכיוון שכוח הכבידה של חורים שחורים פועל באותו אופן כמו כוח הכבידה של כל גוף אחר, תאורטית אפשר להתקרב מאוד לחור שחור, כל עוד נישאר במסלול סביבו במהירות מספקת. בדיוק כמו כדור הארץ במסלולו סביב השמש: אילו האט את מהירותו, הוא היה נופל בהדרגה לשמש והיה עליו להשקיע יותר אנרגיה כדי להאיץ ולהימלט מכוח הכבידה שלה.
אלא שאחד ההבדלים החשובים בין כוכב רגיל לחור שחור הוא אותו גבול סביב החור השחור, שאם עוברים אותו, כבר אי אפשר לחזור חזרה, אפילו לא במהירות הגבוהה ביותר ביקום – מהירות האור. גבול זה נקרא "אופק האירועים". מי שעומד בלי לזוז סמוך לחור שחור ונופל אל מעבר לאופק האירועים נידון להיבלע בחור השחור. אולם הנפילה לחור שחור שונה מאוד מנפילה לתוך כוכב.
4Spaghettification.jpg
אילו הפכה השמש שלנו לחור שחור, כל המסה שלה הייתה נדחסת לקוטר של כ-6 ק"מ – בהשוואה ל-1.4 מיליון ק"מ בצורתה הנוכחית. כוח המשיכה הוא אותו כוח כי המסה היא אותה מסה, אבל אופן הפעולה שלו עליכם יהיה שונה מאוד. לו הייתם קופצים ראש וצוללים אל השמש, עדיין הייתם רחוקים כחצי מיליון ק"מ ממרכז המסה של הכוכב. לכן ההבדל בין הכוח שהיה פועל על הראש שלכם לכוח שהיה פועל על הרגליים – מרחק של כמטר וחצי עבורנו, בני האדם – היה בטל בשישים. הייתם נשרפים וזהו.
לעומת זאת, לו הייתם צוללים קרוב מאוד לחור שחור במסת השמש שלנו, ומרכז המסה של החור השחור היה במרחק כמה ק"מ מכם, אז בקרבת מרכז המסה המטר וחצי של הגוף שלכם היה משמעותי למדי: הראש שלכם היה נמשך בעוצמה רבה יותר מאשר הרגליים, והייתם נמתחים לאורך (ונדחסים לרוחב). תהליך זה, שנקרא "ספגטיפיקציה", היה נמשך עם צלילתכם לחור השחור, ולבסוף הייתם נשאבים פנימה כזרם דקיק של אטומים.
אבל במקום לקפוץ לבקר חור שחור, מה היה קורה אילו חור שחור היה מתקרב למערכת השמש ומבקר אותנו? ובכן, במקרה כזה צפוי כאוס טוטאלי.
מה יקרה אם חור שחור ייכנס למערכת השמש?
5star-planet-galaxy-sun-preview.jpg
התשובה תלויה במסת החור השחור, וכמה רחוק הוא ינדוד אל פנים מערכת השמש, אבל בגדול – כולנו נמות.
חור שחור על-מסיבי, כמו A* בקשת, שנמצא במרכז הגלקסיה שלנו, שביל החלב, היה ממיט אסון על מערכת השמש אפילו ממרחק שנות אור מאיתנו. חור שחורים על-מסיביים מוקפים דרך קבע באסטרואידים, בשביטים ובמערכות כוכבים שלמות. בהתקרבו אלינו, הגופים האלה יתחילו ליפול לתוך מערכת השמש. אסטרואידים קטנים כגדולים, ואפילו כוכבי לכת תועים שלמים, יפגיזו את כדור הארץ. בהמשך, עם התקדמותו של החור השחור העל-מסיבי A* בקשת, הכּבידה האדירה תגבר על כבידת השמש, והוא יכניס למסלולו את כוכבי הלכת בזה אחר זה. מה שיישאר מנפטון, אורנוס, שבתאי, צדק, מאדים ולבסוף כדור הארץ ייכנס למסלול הולך ומאיץ סביב החור השחור. התוצאה תהיה ספגטיפיקציה של העולמות: מה שהיה כדור הארץ יהפוך עתה לזרם דקיק של אבק וגז בדִסקת ההאצה סביב החור השחור. קצתו ייפלט מהדסקה כשני זרמי סילון אדירים, בכיוונים מנוגדים, ורובו יאבד לנצח מאחורי אופק האירועים. וגורלה של השמש יהיה זהה.
למרבה המזל, חורים שחורים על-מסיביים כמו A* בקשת אינם נודדים, ולפחות עד שהגלקסיה שלנו תתמזג עם גלקסיית אנדרומדה, אין כוח ביקום שיכול להפריע את מנוחתו של האריה הרובץ במרכזה.
חורים שחורים כוכביים, לעומת זאת, יכולים לנדוד – ולהתקרב אל מערכת השמש. נדמיין חור שחור כוכבי במסה של 20 שמשות. אנחנו לא נבחין בו, שכן קוטרו יהיה כ-50 ק"מ בלבד – והוא לא יפלוט אור כמובן. בהתקרבו לעננת אורט, אותה רצועה רחבה של גופי קרח העוטפת את מערכת השמש, החור השחור ישבש את מסלולם של הגופים באופן דרמטי. אסטרואידים ושביטים יעופו למערכת השמש הפנימית וימטירו אש על כדור הארץ.
כדור הארץ, בהיכנסו לתוך מערכת השמש עצמה, וככל הנראה עוד קודם לכן, יימשך לכיוון החור השחור ויצא מהאזור הישיב של מערכת השמש. יהיה קר, אבל זאת תהיה רק ההתחלה. לאט־לאט יתחיל החור השחור לשאוב גז מענקי הגזים, כשהוא סופח אותם לדסקת ההאצה שלו. כשיתקרב לכדור הארץ, כוחות הגאות האדירים יבקעו את קרום הארץ, ורעידות אדמה, התפרצויות געשיות וגלי צונאמי יזרעו הרס ואימה בקנה מידה גלובלי.
6-Accretion_disk.jpg
במקרה הטוב, כדור הארץ ייפלט לחלוטין ממערכת השמש, בשל כוחות הכבידה המתחרים של שאר מערכת השמש. במקרה הפחות טוב, החור השחור ימצוץ את לשד חייה של השמש, יזלול את האטמוספירה שלנו ויפרק את כדור הארץ לגורמים, בתהליך של ספגטיפיקציה גלובלית. לא שזה משנה, כי כך או כך, בשלב הזה עולמנו יהיה גיהינום מכוסה מַגמה.
ומה היה קורה אילו הופיע פתאום חור שחור זעיר על כדור הארץ עצמו?
מה היה קורה אילו מטבע של שנקל בכיס שלכם היה הופך פתאום לחור שחור?
מטבע בערך שני שקלים – מה שנהוג לכנות "שְׁנֶקֶל" – שוקל כ-5 גרם וקוטרו כ-20 מ"מ. אם מטבע של שנקל היה קורס פתאום לכדי חור שחור בכיס שלכם, הוא היה ממשיך לשקול 5 גרם, אבל מתכווץ מאוד. למעשה, חור שחור בעל מסה של שנקל היה קטן בהרבה (ממש הרבה) מאטום של מימן. בפועל, הייתם רואים את השנקל שלכם נעלם. אלא שלא היה לכם זמן להתרשם מקסם ההיעלמות של השנקל, שכן מיד אחר כך החור השחור המיקרוסקופי היה מתפוצץ והורג אתכם.
7-Israeli_2_New-Shekel_coins.jpg
הסיבה לכך היא קרינת הוקינג: בגלל אפקטים קוונטיים, חורים שחורים פולטים חלקיקים קטנים לחלל. משמעות הדבר היא שהם מאבדים מסה לאט־לאט. בחורים שחורים כוכביים תהליך זה איטי כל כך, שכל השמשות ביקום יגוועו הרבה לפני שהחור השחור הראשון הכוכבי ייעלם. אבל בחור שחור במסה של שנקל זה יקרה מהר מאוד. כמה מהר? 10 בחזקת 23- שניות. לפני שתספיקו להבין מה קרה, אותם 5 גרם מסה ישחררו כ-450 טרה-ג'ול אנרגיה – בערך פי שלושה מהפּצצות האטומיות שהופלו על הירושימה ונגסאקי גם יחד.
8Atomic_cloud_over_Nagasaki_from_Koyagi-jima.jpeg
ואולי מוות מהיר כזה עדיף על האפשרות הגרועה יותר: מטבע השנקל בכיס שלכם מוחלף בחור שחור – אבל שומר על מידותיו, כלומר הוא חור שחור בקוטר 20 מ"מ. חור שחור כזה יבלע לא רק אתכם, אלא בהדרגה גם את כדור הארץ כולו. לאחר מכן הוא ישבש את מסלולם של הירח, של האסטרואידים הקרובים לארץ, ואפילו של כוכבי הלכת. כיף.
חורים שחורים תת-כוכביים
אבל האם יש חורים שחורים זעירים? אנחנו לא יודעים. ב-1971 הציע האסטרופיזיקאי סטיבן הוקינג, שעל שמו נקראת קרינת הוקינג, שקיימים חורים שחורים תת-כוכביים. אלה נקראים גם מיקרו-חורים שחורים או מיני-חורים שחורים. מן הסתם כמעט בלתי אפשרי למצוא אותם בחלל, כי הם אינם פולטים קרינה אלקטרומגנטית, וההשפעה הכבידתית שלהם על גופים גדולים כמו כוכבים חלשה יחסית.
האם ניתן בכלל לראות חור שחור גדול? איך מדענים יודעים בעצם שיש חורים שחורים ביקום?
איך אפשר לראות חור שחור?
9-black_hole_on_earth.jpg
התשובה הקצרה: אי אפשר. בהגדרה, שדה הכבידה של חור שחור חזק כל כך, שמהירות הבריחה ממנו עולה על מהירות האור. שום דבר לא יכול לברוח מחור שחור, אפילו לא פוטון אור חסר מסה. לכן הוא נקרא "חור שחור".
אבל זה לא אומר שאי אפשר להבחין בנוכחותו של חור שחור. למשל, כאשר כוכבים מקיפים נקודה ריקה בחלל, אנחנו מניחים שהם מקיפים חור שחור. וכאשר חורים שחורים זוללים אבק, גז או גופים שלמים, נוצרת דסקת ספיחה סביב החור השחור, המאיצה ומחממת את החומר. דסקה זו פולטת קרינה אלקטרומגנטית שניתן לצפות בה. ולבסוף, חורים שחורים מעוותים את המרחב והזמן באופן שמגדיל את הרקע מאחוריהם – תופעה שנקראת "עידוש כבידתי". אסטרונומים משתמשים בעידוש הכבידתי של חורים שחורים כדי לצפות בגלקסיות רחוקות, למשל.
סרטון טיים-לאפְּס אמיתי לגמרי של כוכבים מקיפים את החור השחור העל-מסיבי במרכז הגלקסיה שלנו.
חשוב להבין שזו לא תאוריה בלבד. ב-2017 מצפי כוכבים מכל רחבי העולם שיתפו פעולה כדי לצלם חור שחור בפעם הראשונה. החור השחור הוא, ובכן, החור השחור שבמרכז התמונה. ואילו בשולי התמונה ניתן לראות את דסקת הספיחה של החור השחור.
התמונה הראשונה בהיסטוריה של חור שחור: החור השחור העל-מסיבי, במסה של כ-7 מיליארד שמשות, במרכז הגלקסיה M87. קרדיט: Event Horizon Telescope
יתרה מכך, לא צריך טלסקופים משוכללים כדי לראות חורים שחורים. אם תיסעו להמיספירה הדרומית של כדור הארץ ותביטו לכיוון קבוצת הכוכבים "טלסקופ", תוכלו לראות כוכב חסר ייחוד בשם 6819 HR. הכוכב הזה הוא בעצם כוכב כפול: שני כוכבים המקיפים זה את זה. אלא שהשנה התגלה כי שני הכוכבים למעשה אינם סובבים זה את זה, אלא גוף שלישי, בלתי נראה. זהו החור השחור הקרוב ביותר לארץ שהתגלה עד כה, ומדענים מעריכים שמערכת השמש שלנו מוקפת חורים שחורים רבים.
ולבסוף, הדרך הפשוטה ביותר לראות היכן מצוי חור שחור היא פשוט לצאת למדבר בליל קיץ חם וללא ירח. את המישור הגלקטי לא קשה לזהות – זהו שביל החלב, שהעניק לגלקסיה את שמה, והוא יפיפה בכל עונה. כעת חפשו במישור שביל החלב את הכוכב הבוהק אנטראס בקבוצת עקרב. הרימו אגרוף לשמיים וסִפרו שני אגרופים מזרחה מאנטראס. זוהי קבוצת הכוכבים קשת, שידועה גם בשם "קנקן התה".
11potw1830a (1).jpg
שם, בדיוק בזרבובית, נמצא מרכז הגלקסיה שלנו – ושם גם נמצא החור השחור העל-מסיבי A* בקשת. כן, כדור הארץ שלנו, וכל שאר הכוכבים בגלקסיה, מקיפים מרכז מסה משותף שמוגדר על ידי חור שחור מפלצתי במסה של מיליוני שמשות.