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 ReportTranscript 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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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 = 2r
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