כוכבים פועמים יכולים לחקור זמן-זמן סביב חורים שחורים

גז ברזל חם מגלגל גל-זמן סביב חור שחור בתמונת מחשב זו שצולמה מתצפית של סייר צילום רנטגן של סייר.

גז ברזל חם מגלגל גל-זמן סביב חור שחור בתמונת המחשב הזו שצולמה מתצפית של סייר צילום רנטגן. (אשראי תמונה: נאס'א)



אם כוכב פועם קיים בסמוך למרכז הגלקסיה של שביל החלב שלנו, שם נחשבים חור שחור ענק, הוא יכול לשפוך אור על תורת היחסות הכללית של אלברט איינשטיין, אומרים מדענים. הבזקי האור מכוכב כזה, הנקרא פולסאר, יכולים לשמש לקביעת עד כמה החור השחור המורכב מעוות את המרחב-זמן סביבו.



בניגוד לכוכב רגיל, פולסרים פולטים פולסי אור קבועים המאפשרים לעקוב אחר תנועתם במדויק. צוות בינלאומי של אסטרונומים הציע שדיוק כזה יכול ליצור הבנה טובה יותר של זמן-זמן סביב חור שחור .

'אנחנו יכולים לעשות פי אלף יותר טוב', אמר האסטרונום ג'ים קורדס מאוניברסיטת קורנל בניו יורק ל- demokratija.eu.



מעקב אחר המסלול

בתורת היחסות הכללית, איינשטיין שילב מרחב וזמן יחד בישות מתמטית אחת המכונה זמן-מרחב, המושפעת מכוח המשיכה. אם ניתן היה להשוות את המרחב השטוח של זמן המרחב למזרן, גוף מסיבי כמו חור שחור יקיף אותו בדומה לאדם שיושב במרכז המיטה.

כניסות אלו משפיעות על מסלולי הגופים סביבם. במקום לנוע באליפסות יציבות, אובייקטים המקיפים ינועו מעט, או קדימה, כאשר כל טבילה לתוך הבאר מגולפת בזמן החלל על ידי החור השחור. [ גלריה: חורים שחורים של היקום ]



'במקום לשמור על אותה מיקום בחלל, האליפסה מסתובבת לאט לאט,' אמר קורדס.

אסטרונומים יכולים לזהות תנועה זו בכוכב על ידי מדידת האופן שבו גלי האור שהוא מייצר מתקצרים או מתארכים בתנועתו, תהליך המכונה הזזת דופלר. למרות שניתן היה למדוד את השינוי בדופלר שנגרם כתוצאה מדכאון בכל כוכב, פולסרים הם מועמדים טובים יותר למדידת תנועה זו, אמרו החוקרים.

פולסים נולדים מפיצוצים סופרנובה לוהטים, אורזים את מסת השמש לאזור של עיר גדולה. הם מסתובבים במהירות, ופולטים קרן אור יציבה של מגדלור הנראית כמו דופק המתחלף ונכבה כשהקורה מסתובבת לעבר ומתבונן מהצופה.



על ידי מדידת האופן שבו ההפרדות בין הפולסים משתנות לאורך זמן, אסטרונומים יכולים ללמוד כיצד הפולסר הושפע מזמן החלל שהוא חורש.

'אנחנו יכולים למדוד את זמן ההגעה של דופק - במקרה של אחד במרכז הגלקטי - בערך לאלפית השנייה,' אמר קורדס. 'זה נותן לנו מדידה הרבה יותר מדויקת מאשר רק ביצוע מדידות משמרות דופלר.'

עם התפתחות מסלולו של הפולסר, מדענים יכולים להשתמש במיקומו החדש כדי לחשב את כוח הכבידה סביב החור השחור, ואת מסת הענק עצמו.

'האותות מתעכבים עקמומיות הזמן-מרחב', אמרו החוקרים קואו ליו, נורברט וקס ומייקל קרמר, כולם ממכון מקס פלאנק בגרמניה, ל- demokratija.eu בדוא'ל. 'ככל שהעיכוב גדול יותר, כך האות צריך לעבור לחור השחור בדרכו לכדור הארץ.'

במקביל, החור השחור מושך את הזמן המרחב סביבו בתהליך המכונה אפקט Lense-Thiring.

קורדס משווה את האפקט הזה לטבילה של כדורסל באמבט מים. אם הכדור מסתובב, הוא גורר איתו את המים הקרובים אליו ביותר. מים רחוקים יותר מרגישים פחות השפעה.

הזמן במרחב מרגיש את אותה משיכה סביב א ללחוץ .

המדענים תיארו את תוכניתם לחקור את השפעות הפולסרים על זמן המרחב במאמר שפורסם במהדורת מרץ של כתב העת Astrophysical Journal.

בחיפוש אחר כוכב

אסטרונומים עדיין לא מצאו פולסר קרוב לקשת A*, השם שניתן לאובייקט הרדיו שנחשב לייצג את החור השחור המרכזי של שביל החלב . אך מכיוון שפולסארים הם תוצאה טבעית באבולוציה של כוכבים מאסיביים, הביע קורדס ביטחון שיש הרבה. עם זאת, המרכז הגלקטי מתמלא בגז ואבק המפזרים גלי רדיו, ומסתירים את הכוכבים הזעירים מעינינו.

'הפולסר האידיאלי יהיה כזה שמסתובב כמה מאות פעמים בשנייה,' אמר קורדס. 'היינו קוראים לזה פולסר של אלפיות השנייה, כי תקופת הספין שלו תהיה כמה אלפיות השנייה.'

הקרציות התכופות יותר יאפשרו דיוק רב יותר במדידת האופן שבו הפולסר מושפע עקמומיות הזמן-מרחב. מאות כאלה מיוחדות כוכבי נויטרונים כידוע קיימים ברחבי הגלקסיה.

לרוע המזל, הגז והאבק עושים עבודה טובה יותר בחסימת הבזקים מפולסר באלפיות השנייה מאשר מכוכב המסתובב לאט יותר.

פולסים המהבהבים פעם בשנייה יהיו המועמדים השני הכי טוב, על פי קורדס.

'הם פחות מושפעים מאפקט הפיזור הזה,' אמר.

כדי להיות שימושי, פולסר כזה חייב להיות קרוב לחור השחור, עם פרק זמן של כמה חודשים או פחות. זה צריך להיות גם נוטה מקו המשווה של החור השחור.

פולסרים כאלה יכולים להיות גלויים עם הטלסקופים של היום. טלסקופ גרין בנק במערב וירג'יניה והמערך המורחב מאוד גדול אמורים שניהם להיות מסוגלים לזהות אחד במרכז הגלקסיה. MeerKAT, טלסקופ מערך הנבנה כעת בדרום אפריקה, אמור לסייע גם לחשוף מועמדים פוטנציאליים. [ סרטון: 9 פולסים שנחשפו על ידי טכניקה חדשה ]

'באמת לא יכולנו לעשות את זה לפני 10 שנים, כי לא היו לנו טלסקופים רגישים מספיק רגישים, אבל יש לנו עכשיו', אמר קורדס.

טלסקופים עתידיים כגון מערך הקילומטר המרובע, שיחקרו את השמים מהחצי הכדור הדרומי - נקודת מבט שתאפשר מבט טוב יותר על מרכז הגלקסיה - יהפכו את החיפוש לקל עוד יותר בעוד עשור, עם פוטנציאל לחשוף פולסים ברחבי מרכז הגלקסיה.

הצוות בטוח שזה רק עניין של זמן.

'מעולם לא מדדנו פולסר המקיף חור שחור, אז זהו שטח חדש,' אמר קורדס. 'זה יכול לקבל תמורה עצומה אם נוכל למצוא את הפולסרים הנכונים.'

עקוב אחר demokratija.eu לקבלת העדכונים האחרונים במדעי החלל וחדשות חקר בטוויטר @Spacedotcom וכן הלאה פייסבוק .