ענן גז שיחלוף על פני החור השחור במרכז הגלקסיה

לפני כשבועיים שמענו בסמינר המחלקתי הרצאה מפי פרופ' אנדי בורקהרט, שמוכר בקהילת האסטרופיזיקה בעיקר בזכות עבודתו על סימולציות קוסמולוגיות, אך דיבר איתנו דווקא על ענן גז שעומד לחלוף בסמוך לחור השחור הענקי שבמרכז הגלקסיה שלנו. מסתבר שבנוסף להישגיו המדעיים, יש גם כוכב לכת ננסי שקרוי על שמו - מכיוון שבתו נשואה למי שגילה אותו. ההרצאה הזו הייתה מרתקת, ופרופ' בורקהרט הוא מרצה מעולה, כך שזו הייתה חווייה מצויינת. למדתי המון הרצאה, ואנסה להעביר את כל מה שלמדתי כאן. אני מבקש להבהיר שזה המון חומר ששמעתי תוך כדי ההרצאה, ולכן יתכן וההבנה שלי אינה מושלמת, או שנפלו טעויות מסויימות בפירוש שלי לדברים מסויימים; במידה ואתם יודעים יותר על אחד הנושאים שמוזכרים כאן אשמח מאוד לשמוע בתגובות או בהודעה פרטית!

ראשית, פרופ' בורקהרט נתן סקירה קצרה של מרכז הגלקסיה מהחוץ פנימה, אך אני אהפוך את הסדר ואדבר מבפנים החוצה:

• במרכז הגלקסיה ישנו החור השחור המכונה סגיטריוס A, ושהתצפיות מראות שהוא במסה של כארבעה מליון מסות שמש. 
• סביב החור השחור יש צביר כוכבים צפוף מאוד של כוכבים מסיביים המכונים כוכבים מסוג B, ושמלא בגז חם מאוד. הכוכבים הפנימיים ביותר נעים במסלולים אליפטיים או מעגליים סביב החור השחור, כמו פלנטות שנעות סביב כוכב, ואסטרונומים משתמשים במסלולים האלה כדי לחשב בצורה מדוייקת מאוד את מסת החור השחור והמרחק אליו.
• מחוץ לצביר יש שתי טבעות שרדיוסן הפנימי הוא ממש בגבול עם הצביר, והן מורכבות מכוכבים מסיביים עוד יותר המכונים כוכבים מסוג O. אחת הטבעות מקבילה ומסתובבת בכיוון הפוך לדיסק של הגלקסיה, והשנייה טיפה בשיפוע, ומסתובבת בכיוון הפוך לטבעת הראשונה
• שתי הטבעות האלה נמצאות בתוך ענן שמורכב משארית של סופרנובה שהתפוצצה ככל הנראה לפני כ10,000-100,000 שנה
• עוד יותר החוצה ישנה דיסקת גז שמקבילה בערך לדסקת הגלקסיה ומסתובבת יחד איתה

עכשיו שעשינו קצת סדר במבנה של מרכז הגלקסיה אפשר להתחיל לדבר על הדברים האחרים שלמדנו בהרצאה, שאמנם כותרתה הייתה על ענן הגז שהולך לעבור סביב החור השחור, אבל היא דיברה על הרבה מאוד על מה אנחנו יודעים ועל בעיות שעוד קיימות בהבנה שלנו את מרכז הגלקסיה.

בעיה אחת נוגעת לכוכבי הB שבאיזור הפנימי - לא לגמרי ברור מה הם עושים שם. היות והגז חם, מאוד לא סביר שהם נוצרו שם, שכן לגז חם קשה מאוד להתכווץ מספיק כדי שהלחץ במרכז יוכל להצית בערה גרעינית. ההשערה הנוכחית היא שהם נפלו ממקומות אחרים, אך היות ותוחלת החיים שלהם קצרה יחסית (מכיוון שהם מסיביים), צריך להיות קצת נפילה לא קטן של כוכבים כאלה אל המכרז. עם זאת, האיזור שמיד מסביבם, איזור הערפילית והטבעות, פחות או יותר נקי מכוכבים שכאלה, ולכן זו תעלומה רצינית.

בעיות נוספות נוגעות לטבעות הללו - ראשית, הן מורכבות אך ורק מכוכבי O, שהם מסיביים מאוד ולכן גם קצרי חיים מאוד, ולא ברור כיצד זה יתכן. בנוסף, לא לגמרי ברור כיצד הן נוצרו - ההשערה היא שעני גז שנפלו יצרו אותן, אך אז לא ברור כיצד הנפילה של הענן שיצר את הטבעת השנייה לא השמידה את הטבעת הראשונה, במיוחד שהן מסתובבות בכיוונים הפוכים.

נקודה מעניינת נוספת בנוגע למרכז הגלקסיה היא שרואים שככל שמתקרבים אל החור השחור, הספיחה אליו הולכת ויורדת; זו דווקא נקודה שיש לנו הסבר בשבילה - האיזור הקרוב לחור השחור מלא בגז החם שציינו, והגז הזה קורן ומונע מגז נוסף ליפול, וככל שמתקרבים לחור השחור הקרינה הזו מפוזרת על שטח קטן יותר ולכן גם כמות הגז שתיפול תהיה קטנה יותר.


הענן עצמו הוא אובייקט די מסתורי, למרות שאנחנו יודעים עליו לא מעט. הוא נצפה לראשונה כבר לפני כמה שנים, ובתחילה היו חוקרים שחשבו שמדובר בכוכב חיוור, אך הספקטרום לא התאים לזה של כוכב - אך כן התאים לזה של ענן גז מימן מולקולרי, כלומר שהמימן נמצא בתצורה של מולקולות (H2), מה שאומר שהגז חייב להיות קר מספיק (אחרת המולקולות מתפרקות לאטומים). הענן קורן מכיוון שהכוכבים שסביבו מיננים אותו, וכאשר הגז מתרכב חזרה הוא פולט קרינה.
וכאן כבר נכנסת התעלומה הראשונה - הענן נמצא באיזור של כוכבי ה-B, שכפי שציינתי בפעם שעברה, מלא בגז חם - הרבה יותר חם מהגז שבענן. זה אומר שבשביל שהענן יוכל לשרוד כענן קר לאורך הנפילה מבחוץ הוא חייב להיות מאוד מסיבי, אבל חישובים של מסת הענן העלו שהוא בסה"כ במסה של שלושה כדורי ארץ, שזה ממש כלום! יתכן שהענן נפל מסיבי יותר וחלקו הגדול הופשט בשל החיכוך עם הגז החם, אבל קשה מאוד לדעת כי לא יודעים בצורה טובה את צפיפות הגז שמסביבו.

ב2011 כבר זיהו את הענן מתחיל להתארך בגלל המשיכה של החור השחור. היה צריך למצוא לו שם, מכיוון שלא ניתן לקרוא לו "ענן הגז הקטן שנופל אל החור השחור שבמרכז הגלקסיה" כל הזמן, זה היה הופך את המאמרים לבלתי קריאים. פרופ' בורקהרט אהב את השם G2, אבל בשביל זה היה צריך לוודא שיש G1, אז הוא נבר קצת בתצפיות ומצא ענן גז קטן שנצפה כמה שנים והיה מרוצה.

מהמסלול, נראה שהענן מגיע מעט מחוץ לאיזור החם, מקצה אחת הטבעות של כוכבי ה-O, ואם כך הוא כנראה נוצר לפני כ200 שנה. זה מעלה מסתורין אחר - אם הענן אכן הגיע מאיזור הטבעות, כיצד הוא נוצר? רעיון אחד שעלה, אבל לא בטוח אם הוא יכול לעבוד, זה שרוחות מהכוכבים בטבעות מתנגשות ויוצרות ענני גז. רעיון אחר שעלה, וגם הוא לא מאוד סביר, הוא שלא מדובר בענן אלא בכוכב לא בהיר, ומה שרואים זה את הגז שנפלט ממנו. אחת הסיבות העיקריות שהפתרון הזה לא סביר הוא שבתצפיות מאוחרות יותר נצפה, בנוסף לענן עצמו, מעין זנב. ככל שהתצפיות התקדמו, התברר שהזנב למעשה יותר מסיבי מהענן! לא לגמרי ברור מה הקשר ביניהם, אבל נראה שהם נעים ביחד, ולכן כנראה שהקשר קיים. השערה אחת בנוגע לענן ולזנב היא שהם למעשה חלק ממבנה אחד, מעין טבעת, ואנחנו רואים רק את החיתוך של הטבעת עם מישור כלשהו; לא ממש ברור מה המישור הזה, למה שתיווצר טבעת כזו, ואיך היא שרדה, ולכן ההשערה הזו לא סבירה במיוחד.

בורקהרט וחבורתו עשו סימולציות של נפילת הענן אל החור השחור, דבר שהלהיב את נאס"א ונייצ'ר, שרצו לעשות מזה שער. הבעיה הייתה שלפי הסימולציות, לא יתכן שהענן נוצר באיזור הטבעות למרות המסלול שלו - אם הוא היה נוצר שם הוא היה נמתח ונראה היום כמו ספגטי, ולא כמו שרואים בתצפיות. אבל נאס"א ונייצ'ר רצו שער, אז הם שיחקו עם הפרמטרים והגיעו למסקנה שהם יכולים לשחזר בצורה לא רעה את התצפיות אם הענן נוצר במרכז האיזור החם. נייצ'ר קיבלו את השער שלהם, ואף אחד לא חשב לשאול את החוקרים איך יכול להיות שענן קר נוצר במרכז האיזור החם...
אופצייה נוספת שעלתה בנוגע לענן קשורה לזנב שלו - סימולציות נוספות הראו שיתכן ומדובר שגוף שכבר עשה מעבר אחד ליד החור השחור, וכעת נופל אליו חזרה; במקרה כזה, הזנב שאנו רואים הוא למעשה הגוף המרכזי והענן הוא למעשה הזנב שנמשך מאחוריו וכעת נופל לפניו. אולם גם באופצייה הזו כלל לא ברור כיצד ואיפה נוצר הענן...

הענן אמור לעבור בנקודה הקרובה ביותר לחור השחור ממש בחודשיים הקרובים. זה מצויין, מכיוון שזה יאפשר לבצע תצפיות שיראו איזה מהמודלים הוא הנכון, ואולי גם יאפשרו לנו ללמוד עוד על הענן, וכל זה ממש עוד מעט, ולא בעוד אלפי שנים (שזה בד"כ הזמן המינימלי לחכות להתרחשות אסטרונומית). נחכה ונראה, ואשתדל לדווח על הנושא ברגע שיהיו חדשות.

לקראת סיום, אנקדוטה משעשעת ופריט מידע מעניין מההרצאה - פרופ' בורקהרט ציין שתיאורטיקנים יכולים להריץ את הסימולציות שלהם בכל שלב, אבל התצפיתנים צריכים לחכות שאפשר יהיה לראות את החור השחור - כלומר חצי שנה בין תצפית לתצפית, ולכן הוא חשש תמיד ששותפו התצפיתן יחזור מתצפית ויגיד לו שהענן נעלם...
פריט המידע המעניין (ולא ממש קשור לשאר ההרצאה) שלמדתי הוא שבכדור הארץ ישנה שכבה רדיואקטיבית שמעידה שסופרנובה התפוצצה לא רחוק מאיתנו לפני כמליון שנה!