איך הספיקו חורים שחורים סופר-מסיביים לצמוח לממדים עצומים כל כך מהר אחרי המפץ הגדול? מחקר חדש בהובלת חוקרים מאוניברסיטת UCLA מציע תשובה: בצבירי כוכבים צפופים ביקום המוקדם, כוכבים התנגשו והתמזגו שוב ושוב, עד שנוצרו כוכבי ענק שקרסו בסוף חייהם לחורים שחורים כבדים במיוחד. אלה, לפי המודל, היו "הזרעים" של החורים השחורים הענקיים שבמרכזי הגלקסיות.
המחקר פורסם בכתב העת The Astrophysical Journal, ובין החוקרים שהשתתפו בו נמצאת האסטרופיזיקאית הישראלית סמדר נאוז מ-UCLA. לפי הצוות, אותו מנגנון עשוי לפתור גם תעלומה נוספת: "הנקודות האדומות הקטנות", עצמים מסתוריים שחושף טלסקופ ג'יימס ווב מאז 2022.
חורים שחורים שגדלו מהר מדי
מאז שג'יימס ווב החל לפעול, הוא זיהה חורים שחורים סופר-מסיביים שהתקיימו כשהיקום היה צעיר ממיליארד שנה. זו בעיה, כי לפי ההבנה המקובלת, חור שחור צריך לפחות מיליארד שנה כדי לצבור מסה של מיליוני ומיליארדי שמשות.
אחד ההסברים הוא שחורים שחורים כאלה לא התחילו מאפס, אלא מ"זרעים" בינוניים. כוכב רגיל שקורס יוצר חור שחור במסה של 10 עד 100 שמשות. חורים שחורים בינוניים שוקלים בין 100 ל-100 אלף שמשות, אבל שום כוכב יחיד אמור להיות כבד מספיק כדי ליצור אותם.
כוכב אחד ששווה צביר שלם
הסימולציות מראות שבסביבות הדחוסות של היקום הצעיר, התנגשויות מהירות בין כוכבים השמידו אותם, אבל התנגשויות איטיות יותר הובילו למיזוגים חוזרים. במקרים הצפופים ביותר נוצר כוכב שמסתו עלתה על 100 אלף שמשות.
"אולי התוצאה המוזרה ביותר של הסימולציות שלנו היא שכוכבים יכולים להתמזג שוב ושוב בתוך הצביר, עד שנוצר כוכב ענק אחד שמסתו שווה לזו של צביר שלם", הסבירה קלייר ויליאמס, דוקטורנטית ב-UCLA שהובילה את המחקר. "כשכוכב עצום כזה מגיע לסוף חייו, לפי המודלים ייתכן שלא תהיה לו ברירה אלא לקרוס לתוך עצמו וליצור חור שחור מסיבי".
היום תהליך כזה כמעט לא יכול לקרות. גם בגלקסיות של היום יש אזורים צפופים בכוכבים, אבל במרכזן כבר יושב חור שחור ענק, שהכבידה שלו מאיצה את הכוכבים סביבו. ההתנגשויות שם מהירות והרסניות, ולא בונות כוכבי ענק.
"שוברי היקום"
התעלומה השנייה היא הנקודות האדומות הקטנות: עצמים קומפקטיים ואדמדמים שג'יימס ווב מצא בשפע ביקום המוקדם. הם קטנים מאוד, לרוב כמה מאות שנות אור בלבד, בעוד שביל החלב גדול מהם פי מאה ויותר. בהתחלה נראו כמו גלקסיות בוגרות שנוצרו מהר מדי, ולכן זכו לכינוי "שוברי היקום".
עם הזמן מצאו החוקרים סביב חלק מהן גז מהיר, סימן אופייני לחור שחור פעיל. אבל ההסבר הזה נתקל בבעיה: הנקודות לא פולטות קרינת רנטגן חזקה, כמו שחורים שחורים פעילים אמורים לפלוט. אחת ההצעות היא עצם חדש לגמרי, "כוכב-חור שחור", כלומר חור שחור שקבור עמוק בתוך מעטפת גז צפופה.
"יש שם כל כך הרבה גז, עד שהדונאט הזה הופך לפקעת שעוטפת לחלוטין את הדבר", תיאר דייל קוצבסקי מקולבי קולג', כפי שדווח ב-Hindustan Times. "מעולם לא ראיתי משהו כזה".
לראות עוד חלק מהפיל
המודל החדש מציע זווית אחרת: ייתכן שהנקודות האדומות הן צבירי כוכבים צפופים שנמצאים בעיצומן של התנגשויות, בדרך ליצירת כוכב ענק ואחר כך חור שחור בינוני. זה גם מסביר למה הן נעלמו. ככל שהיקום התקרר והתרחב, הצבירים הכאוטיים הפכו לאבני הבניין של גלקסיות רגועות יותר. כשהיקום הגיע לגיל שני מיליארד שנה, התנאים הקיצוניים כבר לא התקיימו.
"הנקודות האדומות הקטנות הן נושא חם באסטרונומיה", אמרה נאוז. "אפשר להשוות את המחקרים עליהן לסיפור על עיוורים שמנסים לתאר פיל באמצעות מגע, וכל אחד מתאר אותו אחרת לפי החלק שבו הוא נוגע. המחקר שלנו מחבר כמה מנקודות המבט האלה, ואולי יעזור לנו לראות חלק גדול יותר מהפיל".
