פעם ב-100 מיליון שנה

מרכז הגלקסיה שלנו הוא מקום של תופעות קיצוניות. "יש בו את ריכוז הכוכבים הגבוה ביותר, הכוכבים הנעים במהירות הגבוהה ביותר, מאגר הגז המרוכז ביותר והשדות המגנטיים החזקים ביותר בגלקסיה," אומר מארק מוריס, אסטרונום מאוניברסיטת קליפורניה בלפם וס אנג'לס. ובלב ליבו של מרכז הגלקסיה אורב האובייקט החידתי ביותר שלה: חור שחור על-מסיבי (supermassive black hole).

הוא ידוע כ-Sagittarius A*)  SgrA* בקיצור). הגורם האפל הזה מסחרר כוכבים סביב במהירויות המתקרבות ל-20 מיליון קמ"ש, והוא משתווה בגודלו ל-4 מיליון שמשות. למרות זאת, הוא מפלצת כנועה. הוא מכרסם לו את הגז הבין-כוכבי הדליל, שפולט זוהר קלוש של גלי רדיו לפני שנבלע בתוך הלוע הכבידתית.

אבל אופיו עומד להשתנות. SgrA* היה אחראי בעבר להתפרצויות אדירות שהפכו את שביל החלב לגלקסיה שהוא כיום. בהמשך השנה הנוכחית נהיה עדים לראשונה להתעוררותו של חור שחור תודות לענן גז בשם G2 המתקרב לקצהו. התעוררות זו תיתן לנו תובנה חסרת תקדים לגבי אופן פעולתו של הלב האפל של הגלקסיה.

לא קל לחקור את מרכזו של שביל החלב. כמויות עצומות של אבק בולעות כמעט את כל האור הנראה הנובע ממנו לפני שהוא מגיע לכדור הארץ. אם נעמעם את שמש הצהריים שלנו באותה מידה, היא תראה עמומה יותר מכוכב הצפון והשמיים יהיו שחורים משחור. ולכן, כדי לראות את המתרחש, עלינו לפנות לקרינה שחודרת את האבק: קרינת רדיו, קרינה תת-אדומה וקרינת רנטגן.

לא קל לחקור את מרכזו של שביל החלב. כמויות עצומות של אבק בולעות כמעט את כל האור הנראה הנובע ממנו לפני שהוא מגיע לכדור הארץ.

בעשורים האחרונים נערכות תצפיות מהקרקע ומטלסקופים המוצבים בחלל, באורכי הגל התואמים את הקרינות האלה, והן מראות ש-SgrA* אינו, במונחים קוסמיים, חיה מרשימה במיוחד. הוא בהיר רק פי 100 מהשמש; כוכב עלוב כמו ביטלג'וז בהיר פי 100,000 מהשמש. חורים שחורים אחרים עשויים להגיע למשקל של מיליארדי שמשות, כשהגז הנופל לתוכן מתחמם ופולט קרינה שמסוגלת להתפרץ בתור קְוָזָר.

קווזרים התגלו לפני 50 שנה נכון לחודש שעבר. הם האובייקטים הבהירים ביותר ביקום. המרחק שלהם, עם זאת, מקשה עלינו לחקור אותם. "מחקר קפדני של המרכז הגלקטי שלנו, כולל המפגש עם G2, הוא כנראה הסיכוי הטוב ביותר שלנו להבין את התופעות האלה לעומק," אומרת דריל האגארד מאוניברסיטת נורת'ווסטרן באוונסטון, אילינוי.

ד"ר דריל האגארד

הכלי האחרון שהפנינו אל SgrA*, הוא מערך הטלסקופים הספקטרוסקופי-גרעיני של נאס"א (NuSTAR), שהושק ביוני 2012. הוא קולט בצורה מפורטת את השמיים, כפי שהם נראים בקרינת הרנטגן העוצמתית ביותר – אותה קרינה שמתפרצת מגז לוהט בקצהו של החור השחור.

בשנה שעברה גילה NuSTAR פרץ של קרינת רנטגן מ-SgrA*. ייתכן שהסיבה היא שדות מגנטיים שמשתחלים דרך הגז שמסתחרר ברחבי החור השחור: ככל שהשדות נעשים צפופים יותר ויותר, כך גובר הסיכוי שייגרם בהם לפתע קצר, וייווצר הבזק אור אדיר, כמו התלקחות סולארית. לחילופין, השדות עשויים להסתחרר כליל מחוץ לטבעת הגז ולייצר סילון צר של אנרגיה. קווזרים רבים מציגים בגאון סילונים נרחבים של אנרגיה שמתמתחים לאורך אלפי שנות אור, וההתפרצויות המזעריות של SgrA* עשויות להראות לנו כיצד הסילונים האלה נולדים.

ואולי משמעותם שונה לחלוטין. סרגיי נָיָקְשין מאוניברסיטת לסטר בבריטניה חושב שהתפרצויות קרינת הרנטגן נראות כאילו הגיעו מגוש גז קטן בהרבה מ-G2, שהתחמם ל-100 מיליון מעלות בקרבת החור השחור.

כוכבים נדונים לכליה

הרעיון שלו הוא שהגוש הזה של גז סופר-מחומם הוא כל מה שנשאר מאסטרואיד אומלל ברוחב 10 קילומטרים. האסטרואיד נפל פנימה מתוך ענן אדיר-ממדים של סלעי חלל שאולי מקיפים את המרכז הגלקטי, עבר ליד החור השחור במרחק הזהה לזה של כדור הארץ מהשמש, ונקרע לגזרים על-ידי כוחות כבידה כבירים. "מסלולו של האסטרואיד עשוי להשתנות אם הוא מתקרב יותר מדי לכוכב או כוכב לכת ליד SgrA*," אומר נייקשין. "אם הוא נזרק לעבר החור השחור, הוא נדון לכליה."

נייקשין מניח שמדי 100,000 שנים, פחות או יותר, מסיים כך כוכב חסר מזל את דרכו, בהתלקחות מרהיבה אף יותר. תופעה כזו עשויה להסביר התפרצות של SgrA* לפני מאה שנים, התפרצות בהירה כמיליון שמשות, שהדיה עדיין מורגשים ברחבי המרכז הגלקטי. הדים כאלה, שבהם משתקפת קרינה מענני גז סמוכים, נותרו באור הנראה בסמוך לכוכבים מתפוצצים זמן רב לאחר שהכוכב המקורי דעך. שני לווייני רנטגן ניטרו את המרכז הגלקטי שלנו בעשור האחרון וראו גל של קרינת רנטגן בהירה המתפשט ברחבי ענני הגז הבהירים שם. "אנחנו יכולים לעבוד אחורה מהתצפיות האלה ולהסיק שעד לפני 100 שנה עדיין נבעה פליטה רבת-עוצמה מ-SgrA*," אומרת האגארד.

נכון לעכשיו, בלתי אפשרי לומר אם ההתפרצות הזו אכן הייתה מדורת הקבורה של כוכב, או גיהוק מגנטי עצום. לפי ההתפרצויות הבאות נוכל כנראה להבחין בין הדברים, תודות לפרויקט הטלסקופי בעל השם המרשים, Event Horizon Telescope.

כדי לראות את SgrA* בפרטי פרטים, יש צורך בטלסקופ הגדול ביותר בנמצא, וטלסקופ Event Horizon מתאים להגדרה הזו: הוא טלסקופ "וירטואלי" שמקשר בין צלחות רדיו ברחבי העולם, ולכן הוא רחב כמו כוכב הלכת שלנו. במשימתו הראשונה, שלושה מצפי רדיו השקיפו על SgrA* בעוצמה שהספיקה כדי לזהות כתם גז בדיוק בשולי החור השחור, באופק האירועים שלו. כיום מקשרים אליו צלחות רדיו נוספות, בצ'ילה ובאנטרקטיקה, במטרה להקנות לו רגישות נוספת. רגישות זו אמורה לאפשר לטלסקופ לראות אם ההתפרצויות של SgrA* נופלות פנימה – הסימן לאסטרואיד או כוכב לכת משובש – או שמא נורות החוצה כפי שקורה עם סילונים.

ההתפרצות שהתרחשה לפני 100 שנה הייתה חסרת חשיבות בקנה מידה של קווזרים, שמסוגלים לזרוח בעוצמה גדולה יותר מטריליון שמשות. אבל עבודות נוספות של ארכיאולוגיה גלקטית חשפו ראיות להתפרצות גדולה יותר בלבו של שביל החלב, שהביאה אותו כמעט עד לרמת זוהר של קווזר. צורתה היא שתי בועות עצומות של גז חם שגובהן הוא כעת 25,000 שנות אור מכל אחד מצדי מרכז הגלקסיה. "בועות פֶרְמי" האלה זוהו בשנת 2010 על-ידי לוויין פֶרְמי של נאס"א, שקולט קרני גמא בחלל. מה הביא להיווצרותם של מבנים עצומים כאלה?

רמז לזה נמצא בשלושה מקבצים של כוכבים צעירים גדולים, אחד מרחף לו בקרבת SgrA*, ושניים אחרים מקיפים אותו מעט רחוק יותר. אחד מהשניים האחרים הוא מקבץ החמשה, שמכיל את כוכב פּיסְטוֹל, אחד הכוכבים הגדולים והבוהקים ביותר בכל שביל החלב. לידת המקבצים האלה הייתה אירוע חשוב בפני עצמו ולבטח הביאה להשלכות רחבות יותר. "היווצרות כוכבים היא עסק מלוכלך, ובמקרה כזה 50 אחוז מהגז היה נשפך לתוך SgrA*," אומר פרהאד יוסף-זאדה, גם הוא מאוניברסיטת נורת'ווסטרן. עם שפע של גז לזלול, SgrA* היה מתפרץ בעוצמה של 100 מיליארד שמשות וזורח כמו קווזר - צנוע, אמנם – ואולי מנפח את שתי בועות הגז העצומות.

"היווצרות כוכבים היא עסק מלוכלך, ובמקרה כזה 50 אחוז מהגז היה נשפך לתוך SgrA*," אומר פרהאד יוסף-זאדה, גם הוא מאוניברסיטת נורת'ווסטרן.

ישנם הסברים נוספים. "לכל אחד יש נטייה אישית בנוגע לבועות הפרמי," אומר יוסף-זאדה. "דעתי האישית היא שהן על-ידי האנרגיה מהיווצרות הכוכבים." אבל לוויין פרמי גם מגלה רמזים מדהימים ל"סילון" ישר בתוך הבועות שעשוי להצביע על שובל של אנרגיה המוקרן החוצה מתוך החור השחור ומנפח את הבועות.

מה שלא יהיו הפרטים, קיומן של בועות פרמי מצביע על הפרעה אדירה במרכז הגלקסיה, שכללה כמויות עצומות של גז בתנועה – בין שהן נפלו חזרה לתוך החור השחור ובין שהן קרסו ויצרו את מקבצי הכוכבים אדירי הממדים שאנחנו רואים כיום. את כמות הגז קל להסביר: אף על פי שיש רק מעט גז בקרבתו המידית של SgrA*, כמה מאות שנות אור רחוק יותר מקיפה אותו שרשרת של ענני גז עצומים ודחוסים. אחד מהם, הנקרא SgrB2, שווה במשקלו ל-3 מיליון שמשות, ומכיל מעל ל-100 סוגים שונים של מולקולות, כולל מספיק אלכוהול למלא כוס בגודל כדור הארץ. השאלה היא כיצד יכלו עננים דומים להיזרק בעבר מחוץ למסלוליהם היציבים, ליצור מקבצי כוכבים חדשים ולהזין את החור השחור הרעבתני.
בחודש שעבר, קלי הולי-בוקלמן מאוניברסיטת ונדרבילט בנאשוויל, טנסי, טענה יחד עם עמיתיה שהעבריין האחראי ללידת הכוכבים הוא גלקסיה גמדית. המסתננת הזו התנגשה בלבו של שביל החלב, הפיקה ענני גז וגרמה להם לקרוס ולהפוך לאוסף של כוכבים בוהקים חדשים, בהם מפלצות כגון כוכב פיסטול. השאר נשפך לתוך מרכזו של החור השחור.

לצלול פנימה

האגארד בחנה גלקסיות תאומות של שביל החלב במרחק מיליארדי שנות אור, והיא מניחה שהפרעות כאלה חוזרות ונשנות לאורך חייה של גלקסיה מדי 10 עד 100 מיליון שנים. לפיכך מחכה לנו המתנה ארוכה להפרעה הגדולה הבאה – מה שרק מגדיל את התלהבותם של אסטרונומים לקראת האירועים הצפויים להתרחש בהמשך השנה.

החור השחור SgrA* כפי שתועד בטלסקופ של נאס"א.
צילום: X-ray: NASA/CXC/MIT/F. Baganoff et al.; Illustrations: NASA/CXC/M.Weiss

שטפן גילסן ממכון מקס פלאנק לפיזיקה חוצנית בגרשינג, גרמניה, מצא את ענן הגז G2 בזמן שבחן תמונות של SgrA* שהוא ועמיתיו צברו בעשר השנים האחרונות. זו הייתה הפתעה מוחלטת, הוא אומר. במקום לנוע במסלול סביב החור השחור במרחק בטוח, כמו שכניו הכוכבים המהירים, G2 צולל כמעט ישירות פנימה. גילסן מהמר שהענן נוצר על-ידי זרמים של גז מכוכבים סמוכים, זרמים הידועים כרוחות כוכביות (stellar winds), המתנגשים ומשתהים.

ייתכן שההצעה הקיצונית ביותר מתארת את G2 כגז שרותח ומתרחק ממערכת של כוכבי לכת הנוצרים סביב כוכב צעיר. במקרה כזה, אנחנו עדים למערכת סולארית קמלה שחולפת ליד חור שחור ענק קרוב יותר מאשר המרחק של נפטון מהשמש – וזה לבטח תסריט לסרט מדע בדיוני שייעשה בעתיד.

מידע רב יותר יתגלה כש-G2 יתקרב יותר מתמיד לחור השחור בהמשך השנה, וחלק מהגז שלו יתחיל להישאב פנימה. "זה אירוע גדול, גדול," אומר יוסף-זאדה. ראשית, הוא ילמד אותנו משהו לגבי אטמוספירה של חור שחור. אם מעט מאוד גז מקיף את SgrA*, אז G2 פשוט יתחמם בשעה שכוח הכבידה של החור השחור מקנה לו צורה של ספגטי ארוך. טלסקופים תת-אדומים יזהו עלייה בבהירותו, אבל כלים אחרים לא יזהו דבר.

מצד שני, אם קיימת שם טבעת גז דחוסה שעדיין לא זוהתה, המקיפה את החור השחור במרחק קצר ממנו, G2 ייצר פרץ של קרינת רנטגן וגלי רדיו וישעט קדימה במהירות גבוהה. ההתנגשות עשויה אף להראות אם SgrA* פולט סילון של אנרגיה שגודלו קטן מכדי שאסטרונומים יזהו אותו בטלסקופים רגילים.

האם עלינו להיות מודאגים? כנראה שלא. G2 הוא שחקן שולי על הבמה הגלקטית – הוא שוקל רק פי שלושה מכדור הארץ – ולכן אף אחד לא מצפה לקווזר בקנה מידה מלא שיבער לפתע במרכז הגלקסיה.

גילסן ועמיתיו התחילו לצפות בחודש שעבר ומניחים שהם יישארו דבוקים לטלסקופים עד מרץ 2014. גם האגארד מתכננת לעסוק בזה זמן רב. "המפגש בין G2 ל-SgrA* עשוי להיפרש לאורך כמה שנים – ואף יותר מזה," היא אומרת. אם יתרת הגז תיצור טבעת שתתמיד ותישאר סביב החור השחור, ייתכן שאף נראה גרסה מיניאטורית של קווזר שתניב סילונים רציניים יותר שיתפרצו אל החלל.

האם עלינו להיות מודאגים? כנראה שלא. G2 הוא שחקן שולי על הבמה הגלקטית – הוא שוקל רק פי שלושה מכדור הארץ – ולכן אף אחד לא מצפה לקווזר בקנה מידה מלא שיבער לפתע במרכז הגלקסיה. ייתכן שהתפרצות בסדר גודל כזה רחוקה מאיתנו 10 מיליון שנים, אומר מוריס. גם אז, לא סביר שהצאצאים שלנו, אם עדיין יהיו בשטח, ידרשו לרוץ למקלט הקרוב. "אמנם הפיצוצים והאירועים הקווזריים המתרחשים במרכז הגלקטי הם הזדמנות נפלאה לאסטרונומים, מאוד לא סביר שתהיה להם השפעה רבה על כדור הארץ, אומר מוריס. "אנחנו במרחק של 25,000 שנות אור, לא קרוב לאזור הסכנה."

יהיה זה מחזה מדהים אם נוכל לנסוע מרחק 25,000 שנות אור למרכז הגלקטי ולראות את ההתרחשות במו עינינו. "חיזיון 'שמי הלילה' שיתגלה לנו יהיה עוצר נשימה," אומר מוריס. "על כל כוכב שאנחנו רואים בשמי כדור הארץ, נראה שם מיליון." אבל עם הרמות הגבוהות של קרינת הרקע, והמפלצת הבלתי צפויה שאורבת בסמוך, זה כנראה לא מקום שכדאי לשקול ללכת אליו, אומר יוסף-זאדה. "אין סיכוי! אני לא משוגע, אני יודע מה זה יעשה לי ואני מעריך את החיים יותר מדי."

ספרו האחרון של נייג'ל הנבסט, שנכתב בשיתוף עם הת'ר קופר, נקרא Stargazing 2013 (Philip's).
@2013 New Scientist Magazine, Reed Business Information Ltd. All rights reserved. Distributed by Tribune Media Services, Inc.