צוות אסטרונומים בינלאומי בהשתתפות אסטרונומים ישראלים הצליח למדוד את המסה של חור שחור הנע מסביב לבן הזוג שלו בגלקסיה השכנה M33, הרחוקה כ-3 מיליון שנות אור מכדור הארץ. החור השחור ובן זוגו הכוכבי מקיפים זה את זה אחת לשלושה וחצי ימים. המסה של החור השחור, שסימונו M33 X-7, נמצאה כבדה פי 15.7 ממסת השמש שלנו. זוהי מסה גדולה במיוחד שלא נמדדה עד כה. גם לבן הזוג הכוכבי יש מסה גדולה במיוחד, הגדולה פי 70 ממסת השמש, והוא בן הזוג הכוכבי הכבד ביותר השוכן במערכת כפולה בה נמצא חור שחור.

תצפיות באמצעות טלסקופ חלל

מדידת המסה נעשתה בעזרת תצפיות שבוצעו על-ידי טלסקופ החלל בתחום קרני ה-X, צ'נדרה (Chandra) השייך לסוכנות החלל האמריקנית, נאס"א (NASA), וטלסקופ הענק ג'מיני (Gemini), הממוקם במרומי ההר הגבוה בהוואי. מדידה זו הופכת את M33 X-7 לחור השחור הכבד ביותר הידוע עד כה במערכת כפולה. הצוות הישראלי כולל את פרופסור צבי מזא"ה, מנהל מכון סאקלר לאסטרונומיה של אוניברסיטת תל אביב, ותלמיד המחקר אבי שפורר. דיווח על המחקר פורץ הדרך מופיע במהדורת ה-18 באוקטובר של הירחון המדעי היוקרתי נייצ'ר (Nature). חורים שחורים הנעים יחד עם בני הזוג שלהם ידועים כבר כ-40 שנה. על-פי התיאוריה המקובלת, מערכת כזאת התחילה את חייה כמערכת של שני כוכבים הנעים זה מסביב לזה בחלל. הכוכב הכבד מבין השניים סיים את חייו בהתפוצצות אדירה הנקראת סופרנובה, הנוצרת מקריסת הכוכב אל מרכזו, והמאירה באור בוהק החזק מאור השמש מיליארדי פעמים. בסופה של ההתפוצצות נשאר בליבת הכוכב המתפוצץ חור שחור הממשיך להקיף את בן זוגו. חומר העובר מבן הזוג אל החור השחור נופל במהירויות עצומות אל שפתו של החור השחור, מתחמם לטמפרטורה של מיליוני מעלות, ומצליח לפני שהוא נכנס לתוך החור השחור לפלוט קרני רנטגן (קרינת X) שנקלטו על-ידי החללית צ'נדרה.

כמו מתוך סרט בדיוני

"אני נפעם מהעובדה שעולה בידינו לחקור חורים שחורים, שרק בגלל תורת היחסות הכללית של איינשטיין יכולנו לשער את קיומם", אמר פרופסור צבי מזא"ה מאוניברסיטת תל אביב. "החלליות החדישות והטלסקופים הענקיים מאפשרים לנו לחקור מערכות בחלל הנראות כאילו נלקחו מסרט של מדע בדיוני. המציאות המתגלית לעינינו עולה על כל דמיון אנושי". התיאוריות המקובלות של התפתחות כוכבים כבדים מתקשות להסביר את תכונות המערכת הכפולה M33 X-7. הכוכב שממנו נוצר החור השחור היה צריך להיות כבד יותר מבן זוגו כדי שיהפוך הראשון לחור שחור. רדיוסו של כוכב כבד כל כך גדול יותר מגודלה הנוכחי של המערכת הכפולה. מכאן, שהכוכבים המקוריים נוצרו ככל הנראה במרחק גדול יותר ממרחקם הנוכחי והתקרבו זה לזה כשהם נמצאים בתוך אטמוספרה חיצונית משותפת. תהליך זה גורם בדרך כלל לכך שכמות גדולה של חומר תיזרק מן המערכת. על כן איננו מבינים לחלוטין כיצד הצליח הכוכב שהתפוצץ ליצור חור שחור הכבד פי 15.7 ממסת השמש. "תגלית זו מעלה תהיות בנוגע לאופן בו חור שחור כזה יכול היה להיווצר" אומר ג'רום אורוס מאוניברסיטת סאן דייגו שבארה"ב, המחבר הראשון של המאמר. "זהו כוכב ענק שיש לו בן זוג שהוא חור שחור ענק", אמר ג'פרי מקלינטוק, מחבר נוסף של המאמר, מהמרכז לאסטרופיזיקה של מכון הסמיסוניאן ואוניברסיטת הרווארד בקיימברידג', מסצ'וסצס. "בסופו של דבר גם בן הזוג הכוכבי יסיים את חייו בהתפוצצות סופרנובה ואז תיווצר מערכת כפולה ובה שני חורים שחורים".

ענווה מול נפלאות היקום

וולפגנג פיצ' ממכון מקס פלנק שליד מינכן, גרמניה, מחבר נוסף של המאמר, היה המחבר הראשון של מאמר קודם שגילה את החור השחור על-ידי שימוש בתצפיות שנערכו בטלסקופ החלל צ'נדרה. M33 X-7 הינו החור השחור הראשון שהתגלה במערכת כפולה בה מתרחשים ליקויים, שבהם בן הזוג מסתיר את החור השחור וסביבתו באופן מחזורי. ליקויים אלו מאפשרים למדוד את המסות של החור השחור ובן זוגו באופן מדויק ביותר. "משום שהחור השחור לוקה ומשום שיש לו מסה גדולה כל כך הוא מהווה הזדמנות ייחודית לבחינת תיאוריות אסטרופיזיקליות מקובלות", דברי פיץ'. "המדידות האסטרונומיות מאפשרות לנו להציץ למרחבי החלל ולגלות שם התרחשויות בעוצמה הגדולה לאין שיעור מן התופעות המתרחשות בכדור הארץ", אמר פרופסור מזא"ה. "אני מקווה כי גילויים כאלו יובילו את המדענים ואולי את החברה כולה למידה של ענווה והשתאות כשאנו עומדים מול נפלאות היקום".