- הבדלים בין חורים שחורים לחורים לבנים
- היסטוריה של גילויו
- קוואזרים וחורים לבנים
- ממצא אפשרי של חור לבן
- תֵאוֹרִיָה
- כמה מושגים חשובים בתורת היחסות
- כיצד נוצר חור לבן?
- חורים לבנים וחומר אפל
- הפניות
החור הלבן הוא ייחודיות של מרחב - זמן, השייכים הפתרונות המדויקים של משוואות יחסות כללית. לייחודיות אלה יש מה שמכונה אופק אירועים. המשמעות היא נוכחות של מחסום, שבחור לבן שום דבר לא יכול לחדור מבחוץ. באופן תיאורטי, חור לבן הוא ייחודיות שעוברת לעבר.
כרגע איש לא הצליח לראות דבר. אך יתכן שאנו חייבים את קיומנו למיוחד ביותר מכולם: המפץ הגדול מלפני 13.8 מיליארד שנה יכול להיחשב כאירוע שנגרם על ידי חור לבן סופר-מסיבי.
מסה גדולה כמו כוכב לכת יכולה לעוות חלל-זמן. מקור: מיסיד
תורת היחסות הכללית מחשיבה שניתן לעוות את זמן המרחב על ידי השפעת האצה או על ידי נוכחות של עצמים מאסיביים. זוהי אותה תיאוריה שניבאה את קיומם של חורים שחורים, שחורים לבנים יהיו המקביל להם. לכן קיומם של אלה נחשב לא פחות שווה.
כעת, כדי ליצור את הייחודיות במרחב-זמן נדרש מנגנון פיזי כלשהו. במקרה של חורים שחורים ידוע שהסיבה היא התמוטטות הכבידה של כוכב סופר-מסיבי.
אך עדיין לא ידוע המנגנון הפיזי שיכול ליצור ייחודיות דמוית חור לבן. למרות שבוודאי המועמדים צצו להסביר את הכשרתם האפשרית, כפי שניתן יהיה לראות בקרוב.
הבדלים בין חורים שחורים לחורים לבנים
רבים מהחורים השחורים הידועים הם שריד של כוכב-על שספג התמוטטות פנימית.
כשזה קורה, כוחות הכבידה מתגברים עד כדי כך ששום שהתקרב לא יצליח להימלט מהשפעתו, אפילו לא מאור.
לכן חורים שחורים מסוגלים לבלוע את כל מה שנופל לתוכם. נהפוך הוא, שום דבר לא יכול היה להיכנס לחור לבן, הכל יידחה או יימחק ממנו.
האם קיומו של חפץ כזה אפשרי? אחרי הכל, חורים שחורים נותרו זמן רב כפתרון מתמטי למשוואות השדה של איינשטיין, עד שהם התגלו בזכות השפעות הכבידה והקרינה שהם גורמים בסביבתם, ולאחרונה הצטלמו.
לעומת זאת, החורים הלבנים עדיין מוסתרים מקוסמולוגים, אם הם באמת קיימים.
היסטוריה של גילויו
התיאוריה על קיומם של חורים לבנים החלה מעבודתו של קארל שוורצשילד (1873-1916), פיזיקאי גרמני והראשון שמצא פיתרון מדויק למשוואות השדה היחסות של אלברט איינשטיין.
לשם כך הוא פיתח מודל עם סימטריה כדורית שלפתרונות שלה יש ייחודיות, שהם בדיוק חורים שחורים ומקביליהם הלבנים.
עבודתו של שוורצשילד לא הייתה פופולרית בדיוק, אולי לאחר שפורסמה במהלך מלחמת העולם הראשונה. לקח כמה שנים לשני פיסיקאים לקחת את זה באופן עצמאי בשנות השישים.
בשנת 1965 מתמטיקאים איגור נוביקוב ויובל נאמן ניתחו את פתרונות שוורצשילד, אך באמצעות מערכת קואורדינטות אחרת.
באותה עת טרם נטבע המונח חור לבן. למעשה הם היו ידועים כ"גרעינים מפגרים ", ונחשבו לא יציבים.
עם זאת, בהיותם מקבילה לחורים שחורים, החוקרים ניסו למצוא חפץ פיזי שאופיו תואם לזה שחזה לחורים לבנים.
קוואזרים וחורים לבנים
החוקרים האמינו שמצאו את זה בקוואזרים, האובייקטים הבהירים ביותר ביקום. אלה פולטים שטף קרינה אינטנסיבי שניתן להבחין באמצעות טלסקופים רדיו, בדיוק כמו שצריך חור לבן.
עם זאת, בסופו של דבר האנרגיה של הקוואזרים קיבלה הסבר ריאלי יותר, שקשור לחורים שחורים במרכז הגלקסיות. וכך החורים הלבנים היו שוב כישויות מתמטיות מופשטות.
כך שלמרות שהם ידועים, חורים לבנים קיבלו הרבה פחות תשומת לב מאשר חורים שחורים. זה נובע לא רק מהעובדה כי הם מאמינים כי הם אינם יציבים, מה שמטיל ספק בקיומם בפועל, אלא גם מכיוון שאין השערה סבירה לגבי מקורם האפשרי.
לעומת זאת, חורים שחורים נובעים מהתמוטטות הכבידה של כוכבים, תופעה פיזית שתועדה היטב.
ממצא אפשרי של חור לבן
החוקרים משוכנעים כי גילו סוף סוף חור לבן בתופעה בשם GRB 060614, שהתרחשה בשנת 2006. תופעה זו הוצעה כמראה המתועד הראשון של חור לבן.
GRB 060614 היה פרץ קרני גאמה שהתגלה על ידי מצפה הכוכבים של סוויפט של ניל ג'רלס ב- 14 ביוני 2006, עם תכונות ייחודיות. הוא קרא תיגר על הסכמה מדעית שקיימה בעבר על מקורם של התפרצויות קרני גאמה וחורים שחורים.
המפץ הגדול, שלדעת חלקם היה חור לבן סופר-מסיבי, עשוי בתורו להיות תוצאה של חור שחור סופר-מסיבי, בלב גלקסיה לא ידועה שנמצאת ביקום האב שלנו.
אחד הקשיים בתצפית על חור לבן הוא שכל החומר גורש ממנו בדופק בודד. אז החור הלבן חסר את ההמשכיות הנחוצה שיש לשים לב אליו, בעוד שבחורים השחורים יש מספיק התמדה כדי להיראות.
תֵאוֹרִיָה
אינשטיין מניח שמסה, זמן ואורך תלויים מקרוב במהירות של מסגרת הייחוס בה הם נמדדים.
בנוסף, הזמן נחשב כמשתנה אחד נוסף, עם אותה משמעות כמו המשתנים המרחביים. כך, מדברים על זמן-חלל כישות בה כל אירוע וכל האירועים מתרחשים.
חומר אינטראקציה עם מארג המרחב-זמן ומשנה אותו. איינשטיין מתאר כיצד זה קורה עם קבוצה של 10 משוואות טנזור, המכונות משוואות שדה.
כמה מושגים חשובים בתורת היחסות
טנסורים הם ישויות מתמטיות המאפשרות להתחשב במשתנה הזמני באותה רמה כמו המשתנים המרחביים. הווקטורים הידועים כמו כוח, מהירות ותאוצה הם חלק ממערך היישומים המתמטיים המורחב הזה.
ההיבט המתמטי של משוואות אינשטיין כולל גם מושגים כמו המטרי, שהוא המרחק הן במרחב והן בזמן המפריד בין שני אירועים קרובים עד אינסוף.
שתי נקודות בחלל הן חלק מעקומה המכונה גיאודזית. נקודות אלה מאוחדות מרחק מרחב-זמן. ייצוג כזה של זמן-חלל נצפה באיור הבא:
צורת החרוט נקבעת על ידי מהירות האור c שהיא קבועה בכל מסגרות ההתייחסות. כל האירועים חייבים להתקיים בתוך הקונוסים. אם יש אירועים מחוץ להם, אין דרך לדעת, מכיוון שמידע צריך לנסוע מהר יותר מאור כדי להיתפס.
משוואות השדה של אינשטיין מודים בפתרון עם שתי יחודיות באזור ריק (כלומר ללא מסה). אחת מאותן המיוחדות היא חור שחור והשנייה חור לבן. לשניהם יש אופק אירועים, שהוא גבול כדורי של רדיוס סופי העוטף את הייחודיות.
במקרה של חורים שחורים, שום דבר, אפילו לא אור, לא יכול לצאת מהאזור הזה. ובחורים לבנים, אופק האירועים הוא מחסום ששום דבר לא יכול לחדור אליו מבחוץ. תמיסת החור השחור בוואקום נמצאת בקונוס האור של העתיד, ואילו פיתרון החור הלבן נמצא באזור העבר של חרוט האור.
הפתרונות של משוואות אינשטיין הכוללות חור שחור אמיתי דורשים נוכחות של חומר, ובמקרה זה הפיתרון שמכיל את החור הלבן נעלם. לפיכך מסקנת כי כפתרון מתמטי, בתיאוריה של פתרונות יחודיים ללא חומר, אכן קיימים חורים לבנים. אבל זה לא המקרה כאשר החומר נכלל במשוואותיו של איינשטיין.
כיצד נוצר חור לבן?
בשנת 2014 הציע הפיזיקאי התיאורטי קרלו רובלי וצוותו באוניברסיטת אקס-מרסיי בצרפת כי חורים לבנים יכולים להיווצר ממותו של חור שחור.
כבר בשנות השבעים חישב המומחה המוביל לחורים שחורים, סטיבן הוקינג, כי חור שחור מאבד מסה באמצעות פליטת קרינת הוקינג.
חישובים של רובלי וצוותו מצביעים על כי התכווצות שכזו של אובדן קרינה מחור שחור עשויה, בשלב האחרון, לייצר הקפצה שיוצרת חור לבן.
אולם גם החישובים של רובלי מצביעים על כך שבמקרה של חור שחור עם מסה השווה לזו של השמש, היה לוקח בערך פי ארבעה בערך מהגיל הנוכחי של היקום ליצירת חור לבן.
חורים לבנים וחומר אפל
שנייה אחת לאחר המפץ הגדול, תנודות בצפיפות ביקום המתרחב במהירות הצליחו לייצר חורים שחורים קדומים (ללא צורך בקריסה מהממת).
חורים שחורים קדומים אלה הם רבים, רבים קטנים יותר מאלו שמקורם כוכב ויכולים להתאדות עד שהם מתים כדי לפנות מקום לחור לבן בתקופה הכלולה בחיי היקום.
חורים לבנים מיקרוסקופיים יכולים להיות מסיביים מאוד. לדוגמא, גודל בגודל גרגר אבק עשוי להיות בעל מסה גדולה יותר מהירח.
הצוות של רובלי אפילו מציע שחורים לבנים מיקרוסקופיים אלו יכולים להסביר חומר אפל, עוד אחד התעלומות הקוסמולוגיות החשובות ביותר.
חורים לבנים מיקרוסקופיים לא היו פולטים קרינה; ומכיוון שהם קטנים מאורך גל אחד, הם מתגלים כבלתי נראים. זו יכולה להיות סיבה נוספת שתסביר מדוע הם טרם התגלו.
הפניות
- Battersby, S. 2010. חורים שחורים נצחיים הם הכספת הקוסמית האולטימטיבית. התאושש מ: newscientist.com.
- Choi, C. 2018. חורים לבנים עשויים להיות המרכיב הסודי בחומר אפל מסתורי. התאושש מ: space.com.
- Fraser, C. 2015. מהם חורים לבנים ?. התאושש מ: phys.org.
- אדונים, קארן. 2015. מה זה חור לבן ?. התאושש מ Curious.astro.cornell.edu
- Wikiwand. חור לבן. התאושש מ: wikiwand.com