המזללה שבקצה היקום

בפאתי היקום קיימים חורים שחורים ענקיים, שמסתם פי מיליארד ממסת השמש שלנו. גרמי השמים האלה, הקרויים "קוואזרים", סופחים ללא הרף כמויות עצומות של גז בין כוכבי. הגז הנבלע בחור השחור מאבד אנרגיה שנפלטת כאור, שאותו אנו רואים בטלסקופים לאחר שחצה את היקום והגיע עד אלינו. לפיכך, כשאנו מבחינים בקוואזר, אנו מתבוננים למעשה בעבר.

גיל היקום כיום הוא כ־14 מיליארד שנים, ואילו קוואזרים אלו שבגבול היקום נגלים לנו כפי שהיו פחות ממיליארד שנים אחרי המפץ הגדול. כלומר, היחס בין ימינו לבין עידן הקוואזרים הקדומים דומה ליחס שבין מבוגר בן 40 לבין תינוק בן שנתיים.

אסטרופיזיקאים החוקרים חורים שחורים מנסים זה זמן רב להבין כיצד הגיעו הקוואזרים לגודלם העצום. מנגנון ההיווצרות הנפוץ של חורים שחורים הוא קריסה של שמש בעלת כמה עשרות מסות שמש אל תוך עצמה, כשמלאי הדלק הגרעיני שבה אוזל, ודבר לא עומד עוד כנגד כבידתה העצמית. בתהליך זה משליך הכוכב חלק ניכר מהמסה שלו בפיצוץ סוּפֶּרנוֹבה, בעוד החלק האחר קורס אל תוך ליבתו שלו ויוצר חור שחור שמסתו כעשר מסות שמש.

כיצד גדל חור שחור

בנקודה הזאת עולה שאלה שמעסיקה אסטרופיזיקאים מאז התגלו הקוואזרים הקדומים: כיצד גדל חור שחור קטן ומתפתח לקוואזר ענק, שמסתו מיליארד מסות שמש ויותר, בזמן כה קצר לאחר המפץ הגדול? מהו המנגנון שמאפשר לחור השחור המקורי "לזלול" כמויות כה גדולות של חומר ולגדול במהירות?

ישנם שני תהליכים נפוצים, שדווקא בולמים את גידולו של החור השחור: כשהחומר אינו נע ישירות אל פי החור השחור, הוא יכול לחמוק ממנו ולהסתובב סביבו סחור סחור. כשהחומר סוף סוף נופל לחור השחור הוא נדחס, מתחכך, מתחמם, ופולט אור ש"דוחף החוצה". הכבידה מושכת, האור דוחף, ובסופו של דבר נוצר שיווי משקל שמונע בליעה של חומר נוסף בחור השחור, ומעכב את גידולו. אם כן, כיצד בכל זאת גדלו הקוואזרים?

פרופ' טל אלכסנדר, ראש המחלקה לפיזיקה של חלקיקים ואסטרופיזיקה במכון ויצמן למדע, הציע באחרונה פתרון לבעיה זו – במאמר שפרסם בכתבמהעת המדעי Science עם שותפתו למחקר, פרופ' פריאמוואדה נאתאראג'אן מאוניברסיטת ייל. מודל הגידול – שפרופ' אלכסנדר הראה את היתכנותו – מתחיל עם היווצרותו של חור שחור קטן ביקום הקדום. באותה עת זרמי הגז ביקום היו קרים וצפופים, והכילו הרבה יותר חומר בהשוואה לשאריות הגז הדלילות שנותרו ביקום כיום. החור השחור הקטן, שזה עתה נולד, נע ושינה תדיר את כיוון תנועתו בהשפעת כוכבים אחרים ב"תינוקייה" הקוסמית. שינויים אלה גרמו לכך שהגז לא הצליח להסתגל לשינוי המהיר ולהיכנס למסלול היקפי סביב החור השחור, ונבלע בתוכו. כך ספח החור השחור כמויות גדולות של חומר במהירות הולכת וגדלה. אלכסנדר מסביר שמדובר בקצב גידול מהיר מקצב מעריכי (סופרָה־אקספוננציאלי). תקופת הגידול המואץ נמשכה כעשרה מיליון שנים (הרף עין במונחי ההיסטוריה של היקום), ובסופה כבר היה החור השחור בעל מסה השווה לכ־10,000 מסות שמש. מכאן ואילך הואט יחסית קצב הגידול, אבל דרכו של החור השחור כבר הייתה סלולה, והובילה אותו בבטחה אל תהילת הקוואזר.