האנטומיה של חורים שחורים פרופ' גדעון דרור ראשי פרקים קצת היסטוריה חורים שחורים סוגים של חורים שחורים תצפית בחורים שחורים קרינת הוקינג 2 קצת היסטוריה פייר סימון דה - לפלס – מתמטיקאי ופיסיקאי . בהסתמך על.

Download Report

Transcript האנטומיה של חורים שחורים פרופ' גדעון דרור ראשי פרקים קצת היסטוריה חורים שחורים סוגים של חורים שחורים תצפית בחורים שחורים קרינת הוקינג 2 קצת היסטוריה פייר סימון דה - לפלס – מתמטיקאי ופיסיקאי . בהסתמך על.

Slide 1

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 2

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 3

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 4

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 5

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 6

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 7

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 8

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 9

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 10

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 11

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 12

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 13

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 14

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 15

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 16

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 17

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 18

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 19

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 20

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 21

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 22

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 23

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 24

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 25

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 26

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 27

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 28

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 29

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 30

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 31

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 32

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 33

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 34

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 35

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 36

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 37

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 38

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬


Slide 39

‫האנטומיה של חורים‬
‫שחורים‬
‫פרופ' גדעון דרור‬

‫ראשי פרקים‬
‫קצת היסטוריה‬
‫חורים שחורים‬
‫סוגים של חורים שחורים‬
‫תצפית בחורים שחורים‬
‫קרינת הוקינג‬

‫‪2‬‬

‫קצת היסטוריה‬
‫פייר סימון דה‪-‬לפלס –‬
‫מתמטיקאי ופיסיקאי‪.‬‬
‫בהסתמך על חוק הכבידה‬
‫של ניוטון‪ ,‬העלה את‬
‫הרעיון של "כוכב שחור"‬
‫(הראשון היה אנגלי בשם‬
‫ג'ון מיצ'ל)‪.‬‬
‫כוכב שמהירות המילוט‬
‫ממנו שווה למהירות‬
‫האור‪.‬‬
‫‪3‬‬

‫עוד קצת היסטוריה‬
‫אלברט אינשטיין (‪(1879-1955‬‬
‫מפרסם את תורת היחסות הכללית –‬
‫כבידה אינה כוח אלא עקמומיות של‬
‫המרחב והזמן‪.‬‬
‫כבידה היא גיאומטריה!‬
‫קרל שוורצשילד (‪ )1873-1916‬מצא‬
‫פיתרון של תורת היחסות הכללית‬
‫המתאר מה שאנו מכנים כיום "חור‬
‫שחור"‪ .‬הוא סבר שזהו פתרון "לא‬
‫פיסיקלי"‪.‬‬
‫‪4‬‬

‫חור שחור – סוף סוף‬
‫ג'ון וילר (‪– ) -1911‬‬
‫פיסיקאי תיאורטי‬
‫שעסק ביחסות כללית‪.‬‬
‫ב ‪ 1967‬טבע את‬
‫המונח "חור שחור‪.‬‬

‫‪5‬‬

‫חורים שחורים‬
‫חור שחור הוא עצם בעל שדה כבידה כה חזק עד ששום גוף‪ ,‬לרבות‬
‫אור‪ ,‬אינו יכול להתנתק ממנו‪ .‬אם ננסה לחשב את מהירות המילוט‬
‫מהחור השחור‪ ,‬נמצא שהיא עוברת את מהירות האור ‪.‬‬

‫‪6‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬
‫‪r‬‬

‫מחוק הכבידה העולמית ומחוקי הדינמיקה‪-‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪r‬‬

‫‪Ve ‬‬

‫לדוגמא‪:‬‬
‫ירח‪ 2.4 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 7*1022‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 1737‬ק"מ)‬
‫כדור הארץ‪ 11.2 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 6*1024‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6400‬ק"מ)‬
‫צדק‪ 59.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 1.9*1027‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 71492‬ק"מ)‬
‫שמש‪ 617.5 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪‬‬
‫‪ 695000‬ק"מ)‬
‫ננס לבן ‪ 6175 :‬ק"מ בשנייה (מסה ‪ 2*1030‬ק"ג‪ ,‬רדיוס ‪ 6950‬ק"מ)‬
‫מה יקרה אם נקטין את הרדיוס עוד יותר?‬
‫‪7‬‬

‫‪m‬‬

‫‪Ve‬‬

‫מהירות מילוט‬

‫‪r‬‬

‫‪m‬‬

‫אם מציבים במקום ‪ Ve‬את מהירות האור ‪ c‬ניתן למצוא את הרדיוס‬
‫של כוכב‪ ,‬שמהירות ההימלטות ממנו היא מהירות האור (להלן‬
‫רדיוס שוורצשילד)‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪2Gm‬‬
‫‪Ve ‬‬
‫‪rs ‬‬
‫‪2‬‬
‫‪r‬‬
‫‪c‬‬
‫תוצאה זו מתקבלת גם מחישוב מורכב בהרבה (ונכון) בעזרת תורת‬
‫היחסות הכללית‪.‬‬
‫מהירות האור היא המהירות הגבולית האפשרית לגוף חומרי‪ .‬ומכאן‪,‬‬
‫אם אור אינו יכול להימלט מכוכב שחור – דבר אינו יכול להימלט‬
‫ממנו!!‬
‫‪‬‬

‫‪8‬‬

‫‪‬‬

‫זה נהיה עוד יותר גרוע‬
‫הוא גם אינו יכול להחזיק את עצמו כנגד כוח כבידה כה חזק‪.‬‬
‫כוכב כזה חייב לקרוס לגודל מזערי – נקודתי‪.‬‬

‫‪9‬‬

‫ רדיוס שוורצשילד של‬- ‫תרגיל‬
‫כדור הארץ‬
rs 



2Gm
c

e

2

G = 6.6742x10-11
m3/kg/s2
me = 5.9742x1024kg
c = 2.9979x108 m/s
c2 = 8.9874x1016 m2/s2
rs = 8.8731x10-3m
10

‫מבנה של חור שחור לא מסתובב‬
‫החור השחור מוקף באופק‬
‫המאורעות‪ ,‬שהוא מעטפת‬
‫הכדור ממנו דבר אינו יכול‬
‫להימלט אל העולם שמחוץ לו‪.‬‬
‫המרחק בין אופק המאורעות‬
‫לבין החור השחור הוא רדיוס‬
‫שוורצשילד )‪(RSch= 2GM/c2‬‬
‫במרכז החור השחור נקודה בה‬
‫מרוכזת כל המסה‪ .‬צפיפות‬
‫המסה אינסופית‪ .‬נקודה זו‬
‫נקראת סינגולריות‪.‬‬
‫‪11‬‬

‫גיאומטריה של חורים שחורים (קצת‬
‫יחסות כללית)‬
‫ככל שמתקרבים לחור השחור‪ ,‬מגלים שההיקף של מעגל סביב‬
‫החור השחור אינו מקיים את נוסחת ההיקף שנלמדת בבי"ס היסודי‬
‫‪.s = 2r‬‬
‫הסיבה‪ ,‬הצפיפות העצומה סמוך לחור השחור מעקמת את המרחב‪-‬‬
‫זמן‪ ,‬ובכך עוסקת תורת היחסות הכללית‪.‬‬

‫‪12‬‬

‫נפילה לחור שחור‬
‫סמוך לחור שחור ניתן לצפות‬
‫בתופעות מוזרות ביותר‪ .‬נניח‬
‫שמורידים אסטרונאוט (רובוטי) לכיוון‬
‫חור שחור בעזרת כבל חזק‬
‫במיוחד‪...‬‬

‫‪13‬‬

‫נפילה לחור שחור ‪2‬‬
‫גם הצבע הנראה של אוביקטים משתנה עקב תופעה הנקראת‬
‫הסטה לאדום כובדית‪.‬‬

‫‪14‬‬

‫סוגים של חורים שחורים‬
‫חורים שחורים באים בשלוש מידות‬
‫– מסה של כוכב (‪)Small‬‬
‫פי ‪ 5-20‬ממסת השמש‬
‫נוצרים לאחר שכוכב מסיבי מאוד מסיים את חייו‪ ,‬בדרך כלל בהתפוצצות‬
‫סופרנובה‪.‬‬

‫– סופר מסיביים (‪)Extra Large‬‬
‫בעלי מסה של מליוני שמשות‬
‫שוכנים בליבות של גלקסיות‬

‫– בינוניים (‪)Medium‬‬
‫מאות עד אלפי מסות שמש‪.‬‬

‫‪15‬‬

‫‪Sidney Harris‬‬

‫תצפיות בחורים שחורים‬

‫‪16‬‬

‫”‪.‬זה שחור ונראה כמו חור‪ .‬הייתי אומרת שזה חור שחור“‬

‫היכן ניתן לגלות חורים שחורים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מיליוני חורים שחורים קטנים בגלקסיה‬
‫כ ‪ 10‬מסות שמש‬
‫נוצרו מקריסה של כוכב‬
‫‪17‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫חור שחור אחד גדול בגלקסיה‬
‫מיליוני מסות שמש‬
‫תהליכי יצירה אינם מובנים‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫כמו רוב הכוכבים‪ ,‬גם חורים שחורים מהווים לעתים קרובות חלק‬
‫ממערכת של כוכב כפול‪.‬‬

‫אם בן הזוג הוא ענק אדום‪ ,‬לחור השחור יהיה קל למשוך ממנו‬
‫חומר‪.‬‬
‫בגלל חוק שימור התנע הזוויתי‪,‬‬
‫החומר הנופל אל החור השחור‬
‫ייצור סביבו דיסקה‪ ,‬הנקראת‬
‫דיסקת ספיחה" ‪ .‬החיכוך‬

‫בדיסקה יגרום לחימום ולקרינה‪.‬‬
‫‪18‬‬

‫כוכבים בינאריים‬
‫מערכות כאלו נוטות‬
‫לפלוט קרינת ‪.x‬‬

‫אחת הדוגמאות‬
‫המפורסמות‬
‫הוא ‪Cygnus X-1‬‬

‫‪19‬‬

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫אחד המקורות החזקים של קרינת ‪ x‬בשמים‪.‬‬
‫בסמוך מאוד אליו‪ ,‬כוכב בהיר מאוד מטיפוס ‪ B‬בעל מסה של ‪30‬‬
‫מסות שמש‪.‬‬
‫מדידות הראו כי הכוכב הבהיר נע במסלול מעגלי בערך‪ ,‬במחזור‬
‫של ‪ 5.6‬יום‪.‬‬
‫בן הזוג חייב להיות בעל מסה של ‪ 7‬מסות שמש‪ ,‬אבל הוא בלתי‬
‫נראה וקטן מאוד‪.‬‬
‫מסקנה‪ :‬בן הזוג הוא חור שחור‪ ,‬הקורן בקרינת ‪ x‬בעת שחומר מבן‬
‫הזוג נופל אליו‪.‬‬

‫‪20‬‬

21

‫‪Cygnus X-1‬‬
‫בהירות של קרינת ‪ x‬ביחס לזמן‬
‫‪ Cygnus X-1‬משנה את עוצמת הקרינה שלו במידה משמעותית‬
‫מאוד בפרקי זמן קצרים ביותר‬
‫הדבר העיד על כך שהוא קטן ביותר – כ ‪ 1000‬ק"מ‪.‬‬

‫‪22‬‬

‫גרעיני גלקסיות‬
‫יש עדויות רבות לכך שבמרכזן של‬
‫גלקסיות רבות (אולי כולן) שוכנים‬
‫חורים שחורים סופר מסיביים‪.‬‬

‫ניתן להבחין בהם‪ ,‬בין השאר על‬
‫פי השפעתם על התנועה של‬
‫כוכבים סמוכים‪ .‬כוכבים קרובים‬
‫למרכז הגלקסיה נעים במהירות‬
‫קיצונית‪ ,‬המצביעה על ריכוז של‬
‫מסה גדולה מאוד‪.‬‬

‫‪23‬‬

‫גרעין גלקסית שביל החלב‬
‫הסרטון מראה מעקב של עשר‬
‫שנים אחר כוכבים בגרעין‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫ניתוח התנועה מגלה שהעצם‬
‫סביבו נעים הכוכבים הוא בעל‬
‫מסה של ‪ 4‬מליון מסות שמש‪.‬‬
‫שימו לב ל ‪ SO-2‬ו ‪SO-16‬‬

‫‪24‬‬

‫גרעינים פעילים של גלקסיות‬
‫בגלקסיות מסוימות החור‬
‫השחור שבגרעין מתבטא ביתר‬
‫דרמטיות‪ ,‬על ידי פליטה של‬
‫קרינה אנרגטית מאוד מדיסקת‬
‫הספיחה‪ ,‬ש"נאכלת" בהדרגה על‬
‫ידי החור השחור‪ .‬החומר‬
‫בדיסקה מסתובב במהירויות‬
‫עצומות‪.‬‬
‫לתופעה זו קוראים גרעינים‬
‫פעילים של גלקסיות ( ‪Active‬‬
‫‪)Galactic Nuclei = AGN‬‬
‫‪25‬‬

‫‪The Circinus galaxy‬‬

26

‫פעילות גרעין שביל החלב‬
‫את ה ‪ AGN‬רואים בדרך‬
‫כלל בקרינת ‪ , x‬היות‬
‫ודיסקת הספיחה נמצאת‬
‫בטמפרטורה של מליוני‬
‫מעלות‪.‬‬
‫זהו צילום של מרכז‬
‫גלקסית שביל החלב‪.‬‬
‫החור השחור המסיבי‬
‫*‪sagitarius A‬מסומן בחץ‬
‫‪Chandra satellite image‬‬
‫‪27‬‬

‫לא לכל הגלקסיות‬
‫יש גרעינים‬
‫פעילים‪ ,‬ולא קל‬
‫לדעת על סמך‬
‫התבוננות בקרינה‬
‫נראית‬

‫‪28‬‬

‫‪JETS‬‬
‫חלק מהחורים השחורים‬
‫הסופר מסיביים פולטים‬
‫סילונים אדירים של חומר‬
‫טעון (אלקטרונים‪ ,‬פרוטונים‬
‫וכו')‬
‫חומר זה מואץ על ידי‬
‫השדה המגנטי של החור‬
‫השחור ותוך כדי כך פולט‬
‫קרינת רדיו‪ ,‬שניתן לגלותה‪.‬‬

‫‪29‬‬

JETS

30

M87

31

M87 - jet

32

Centaurus A

‫באור נראה‬Cen A

Chandra image of Cen A
x ‫בקרינת‬Cen A ‫גרעין‬

33

3C75
radio image

34

‫חורים שחורים בינוניים‬
‫חורים שחורים בעלי מסות‬
‫של כמה מאות עד כמה אלפי‬
‫מסות שמש נצפו הרחק‬
‫ממרכזן של גלקסיות אחדות‪.‬‬
‫לעתים קרובות מדובר‬
‫בגלקסיות עתירות כוכבים‬
‫צעירים ומסיביים‪ ,‬התפרצויות‬
‫סופרנובה‪.‬‬
‫בצילום‪.NGC253 ,‬‬

‫‪35‬‬

V4641

36

‫קרינת הוקינג‬
‫קרינת הוקינג נחזתה באופן‬
‫תיאורטי ע"י הפיסיקאי סטיבן‬
‫הוקינג‪.‬‬
‫קרינת הוקינג‪ ,‬אם היא קיימת‪,‬‬
‫גורמת לחורים שחורים לזהור‬
‫(חלקיקים ופוטונים)‪.‬‬
‫זהו אפקט קוונטי (לא קל להסביר‬
‫על רגל אחת‪)...‬‬
‫האפקט מנבא שככל שהחור‬
‫השחור קטן יותר‪,‬כך הקרינה חזקה‬
‫יותר‪ .‬חורים שחורים זעירים צפויים‬
‫"להתאדות"‪.‬‬
‫נכון להיות‪ ,‬לא זכה לאישור‬
‫תצפיתי‪.‬‬
‫‪37‬‬

‫שירוש כמה אגדות אורבניות‬
‫חורים שחורים אינם מהווים "שואבי‬
‫אבק" קוסמיים‪ .‬רק בתוך אופק‬
‫המאורעות כח המשיכה שלהם כה‬
‫אדיר‬
‫הרחק מהחור השחור‪ ,‬כח הכבידה‬
‫אינו גדול יותר מהמקרה שבו כל‬
‫המסה מפוזרת לגודל של כוכב‬
‫רגיל‪.‬‬
‫אילו חור שחור שמסתו מסת שמש‬
‫אחת היה מחליף את השמש‪,‬‬
‫מסלולי כל הפלנטות לא היו‬
‫משתנים (אבל היה קצת קר‪)...‬‬
‫‪38‬‬

‫מחילות תולעת‬
‫הסיבוך הכרוך בשימוש‬
‫במחילת תולעת (אפילו‬
‫אם היא יציבה) לצורך‬
‫מסע במרחב ‪ /‬זמן הוא‬
‫כוחות גיאות‪...‬‬
‫החשש הוא של‬
‫"ספגטיזציה פרקטלית"‬

‫‪41‬‬