גילוי מרתק של חורים שחורים עצומים בעזרת טלסקופ ג'יימס Webb
אסטרונומים המשתמשים בטלסקופ החלל של ג'יימס Webb הצליחו לזהות שלושה חורים שחורים עצומים, פעילים בכל רגע נתון, הנמצאים בתוך גלקסיה אחת שנראתה כפי שהייתה לפני כ-1.2 מיליארד שנה לאחר המפץ הגדול. שניים מהם ממוקמים קרוב מאוד למרכז הגלקסיה, רק כ-620 שנה באור אחת מהשנייה, וצופים כי הם יתמזגו בתוך כמה מאות מיליוני שנים קרובים, לפי ההנחות של החברה הגרמנית מקס פלאנק.
מחקר זה, שפורסם בכתב העת אסטרונומיה ואסטרופיזיקה, קיבל תשומת לב מחודשת לאחר שסיכום של אתר המדע ScienceDaily פורסם ב-25 באוקטובר. התוצאות הוגשו ראשונה לפני הסכם בגרסה מוקדמת בספטמבר 2025 והוכרזו על ידי החברה מקס פלאנק באוגוסט 2026, מה שהופך אותן לחדשות משמעותיות, אך לא לגילוי מרגש ראשון.
המשמעות של המחקר היא בהירות על תעלומה שנמשכת זמן רב. מאז תחילת התצפיות עם טלסקופ ג'יימס Webb, מדענים ממשיכים למצוא חורים שחורים שהגדלו במהירות אדירה כבר בשלבים מוקדמים מאוד של היקום, הרבה יותר מהר ממה שמסגרות תיאורטיות מקובלות יכולות להסביר. מציאת גלקסיה שמכילה שלושה חורים שחורים גדלים בו זמנית משמשת מבט ייחודי על אפשרות שהגידול שלהם מתרחש בדרכים שונות מהנחות היסוד.
גלקסיה שמכילה שלושה אלופי רווחה
הגלקסיה, שמוכרת בשם J0148-4214, נמצאת במרחק של יותר מ-12.5 מיליארד שנות אור מאיתנו, וממוקמת באדום הזניח של 5.02. מכיוון שהאור שלה לקח כל כך הרבה זמן להגיע אלינו, אנחנו רואים בה את היום שבו היקום היה קטן בפחות מעשרה אחוזים מהגיל שלו כיום. שלושה חורים שחורים שמוערך שמאזנם הוא כ-80 מיליון, 2 מיליון ו-600 אלף מונים את המסה של השמש. שני המרכזיים ממוקמים קרוב מאוד זה לזה, במרחק של כ-620 שנות אור על פני השמיים, בעוד שהחור השחור השלישי שוכן בערך 5,500 שנות אור מהמרכז.
המובילה בתחום המחקר, חנה יובל מאוניברסיטת מקס פלאנק לפיזיקה חוץ-ארצית, כינתה את התגלית כ"בעיה שעד כה לא הצלחנו לפתור". המסה הכוללת של כוכבי הכוכבים בגלקסיה מגיעה לכ-1.3 מיליארד מסות שמש, מה שמצביע על כך שהחורים השחורים תופסים חלק ייחודי ומשמעותי בה.
המקור של החור השחור השלישי נשאר בלתי ברור. ייתכן שהוא השאר של מיזוג קודם בין גלקסיות, או שתוצאה של דחיפה חזקת בעקבות איחוד של שני חורים שחורים, או שהחומר אט-אט נדחס פנימה לכיוון המרכז.
חור שחור קטן יותר שמפר את הגבול של מהירות האור
מהחורים השחורים שבקטגוריה הקטנה ביותר, המשקל שלהם סביב 600 אלף מסות שמש, צורכים את החומר במהירות שמעבר למה שנקבע על ידי מגבלת אדינגטון — קצב מקסימלי שאפשרי, על פי התיאוריה, לחור שחור לבלוע גז. מגבלה זו מונעת מעמידות של חורים שחורים לגדול במהירות מעבר לתקרה זו, מכיוון שפוטוני הקרינה שמקרינה החומר ה"מגיע" תדחוף חזרה על החומר שנכנס.
החריגות מהמגבלה, גם לזמן קצר בלבד, תאפשר לחורים השחורים לגדול במהירות הרבה יותר מדהימה מהצפוי. החור השחור הגדול ביותר בגלקסיה זו שותה בחלקו באיטיות יחסית. תופעות של גדילה במהירות על פני מגבלת אדינגטון הוצעו כהסבר אפשרי כיצד חורים שחורים הגיעו להיקפים של מיליוני או מיליארד מסות שמש כבר בשלבים מוקדמים של היקום.
החוקר רוברטו מאiolוני מאוניברסיטת קיימברידג׳ הוסיף כי תוצאות אלו רומזות על מיזוגים כפעמים המהירים שיכולים לזרז את הצמיחה המוקדמת. מיזוג קרוב של הזוג המרכזי יגרום לאיחוד עצמו במבצע אחד, לצד המשך בצריכת החומר.
ספקטרו-אסטרומטריה שהפרידה בין שני אגוונים של אור
במרחק כה רב, שני החורים השחורים המרכזיים אינם נראים בנפרד לעין באמצעות טלסקופ ג'יימס Webb. הצוות השתמש במכשיר הספקטרוגרף החדר האינטגרלי NIRSpec של הטלסקופ, שמאפשר צילום ספקטרום של כל נקודה בתוך הגלקסיה בו זמנית. זוהי פעולה חלק מפרויקט בינלאומי שנקרא BlackTHUNDER, העוסק במחקר חורים שחורים בגלקסיות ראשוניות.
אלומת הגז הזזה במהירות גבוהה סביב כל חור שחור מותירה אותות ייחודיים באור המימן שנפלט. באמצעות ספקטרו-אסטרומטריה, החוקרים זיהו תזוזות קטנות במיקום של האור שמגיע מגז זז במהירויות שונות, ומצאו שההודעה מגיעה משני מקורות במעט מיקום שונה, במקום אחד בלבד. ללא טכניקה זו, סביר להניח שכמעט לא היה ניתן לזהות את שני החורים השחורים המרכזיים בנפרד.
משמעות הדבר היא כי איבחון של זוגות חורים שחורים קרובים בדרך כלל ייראה כמו אובייקט אחד, ומכאן שהסקרים יכולים לנחש פחות ממה שיש בפועל של חורים שחורים מרובים בגלקסיות ראשונות. בדיקת נתוני ג'יימס Webb הקיימים עם אותה שיטה עשויה לחשוף זוגות נוספים שמוסתרים בחושך.
בדיקת ההשערות וההתפתחויות העתידיות
זהו מחקר תצפיתי שעבר ביקורת עמיתים על גלקסיה אחת בלבד. הזוג המרכזי הוגדר על סמך מבנה ספקטרלי שהחוקרים טוענים שההסבר הטוב ביותר הוא שיש שני חורים שחורים, ולא ניתן לזהותם בנפרד ישירות במבט ראשון. מסות החורים השחורים וקצב הצריכה שלהם הן הערכות שנעשו מניתוחים של הנתונים. לא ניתן להכליל את הממצאים על כל הגלקסיות, והזמן של המיזוג המוערך הוא תחזית מבוססת הרחק על מרחק ההפרדה בין הזוג, ולא על א orbit שנמדד בפועל. חוקרים כמו ג'ובאני מצוזורלי ממכון מקס פלאנק לחשיפות חוץ-ארציות חישבו את מסת הכוכבים בגלקסיה לפי אותם נתוני ג'יימס Webb.
ההודעה לעיתונות מגדירה מצב זה כ"פתיחה ראשונה", כהצהרה של צוות המחקר שטרם נבחנה באופן עצמאי.
אין כאן השפעה על כדור הארץ או על החיים היום-יומיים — האור של הגלקסיה הטס יותר מ-12.5 מיליארד שנים כדי להגיע אלינו, והתהליך של מיזוג שני חורים שחורים ימשך מאות מיליוני שנים. התועלת המדעית היא בהבנה מעמיקה יותר של תהליכי הגדילה המשותפת של חורים שחורים וגלקסיות.
עתיד יאפשר למכשירי גלי כבידה שיאוישו, כמו משימת LISA המתוכננת, לזהות מיזוגים של חורים שחורים עצומים ולבדוק אם תהליכים כאלה היו שכיחים מאוד בימי היקום המוקדמים. ניתוח חדש של ספקטרוגרפיות עם ג'יימס Webb עשוי לחשוף האם מערכות של שלושה חור שחור בגלקסיה עתיקה, כמו במקרה זה, הינן נדירות או שכיחות יותר ממה שהערכנו עד כה.
המסר המרכזי הוא כי ג'יימס Webb כבר תפס באורח תמים שלוש חורים שחורים שמתפתחים בתוך גלקסיה צעירה אחת, כולל חור שחור קטן שמפר את הכללים ומרכז שמטרתו למזג בעוד מאות מיליוני שנים. תוצאה זו תומכת ברעיון כי הביקוש למזונות מהירים ומיזוגים מרובים הם שהאיצו את תהליך הגדילה של חורים שחורים בשלהי ההיסטוריה הקוסמית.
