חור שחור שלא נוצר מקריסת כוכבים 

החור השחור בנקודה האדומה הקטנה (LRD) Abell 2744-QSO1, שנצפה על ידי JWST ביקום המוקדם (כ-700 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול), הוא חור שחור סופר-מאסיבי שגדל לגודלו הנוכחי ללא גלקסיה גדולה בהרבה שתזין אותו. על פי המודל הסטנדרטי של התפתחות כוכבים, חורים שחורים נוצרים ממותם של כוכבים גדולים יותר בסוף מהלך חייהם כאשר הם אוזלים מהדלק כתוצאה מקריסת ליבת הכוכב. חורים שחורים אלה גדלים בגודלם וניזונים מחומר מגלקסיה גדולה בהרבה. החור השחור של הנקודה האדומה הקטנה QSO1 אינו מתאים למסגרת זו והוא חדש. הוא נוצר ישירות ללא התפתחות כוכבים סטנדרטית, כלומר, הוא אינו שריד של קריסת ליבה של כוכב גדול גוסס. במקום זאת, זהו חור שחור של קריסה ישירה (DCBH) או חור שחור קדמוני (PBH). חורים שחורים שלא נוצרו מקריסת כוכבים תוארו קודם לכן. זוהי עדות לחור שחור שנוצר באמצעות תהליך מעבר להתפתחות כוכבים סטנדרטית.

כיצד נוצר חור שחור? על פי המודל הסטנדרטי של התפתחות כוכבים, חורים שחורים הם תוצרי השלב הסופי של התפתחות כוכבים מסיביים. כוכבים עוברים שינויים עם חלוף הזמן. 

חייו של כוכב מתחילים בעננים בין-כוכביים גדולים של גז ואבק בגלקסיה, עם התקבצות גזים עקב טמפרטורה נמוכה ועד כיסים בעלי צפיפות גבוהה. הגושים צוברים בהדרגה עוד ועוד חומר וגדלים. בשלב מסוים, הגושים קורסים עקב כוח כבידתי מוגבר כלפי פנים. החיכוך במהלך הקריסה מחמם את החומר ונולד כוכב תינוק. זהו שלב הפרוטוסטאר במחזור החיים של הכוכב. הקריסה הכבידתית ממשיכה הלאה, מה שמוביל לעלייה הדרגתית בטמפרטורה ובלחץ בליבת הפרוטוסטאר. עם הזמן, הטמפרטורה והלחץ עולים גבוהים מספיק כדי לאפשר לגרעיני מימן להתמזג. היתוך גרעיני משחרר כמות עצומה של אנרגיה המחממת את החומר מספיק כדי למנוע קריסה נוספת תחת כוח הכבידה. זהו "שלב הסדרה הראשית" של הכוכב. מימן הוא הדלק העיקרי. 

כאשר הדלק אוזל, היתוך גרעיני נעצר ואין אנרגיה לחימום חומרים כדי לאזן את כוח הכבידה הפנימי והליבה קורסת, ומשאירה אחריה שארית קומפקטית. זהו סופו של הכוכב. הכוכב המת או השריד הקומפקטי הוא ננס לבן, כוכב נויטרונים, או חור שחור , תלוי במסת הכוכב המקורי. כוכבים כבדים יותר מ-20 מסות שמש (>20 מטר) הופכים לחורים שחורים בסוף התפתחות הכוכבים כאשר הדלק אוזל. זוהי הדרך הסטנדרטית - כוכבים וגלקסיות נוצרים ראשונים, וחורים שחורים נוצרים מאוחר יותר כשלב הסופי של התפתחות הכוכבים. המסה של חורים שחורים כאלה קטנה בהרבה מהמסה הכוללת של הגלקסיה.

היווצרות לא-כוכבית של חורים שחורים

האם חורים שחורים יכולים להיווצר בדרכים אחרות מלבד קריסת ליבת כוכבים? הועלו תיאוריות על שתי ערוצי היווצרות "לא כוכבים". 

ביקום המוקדם, ענן גז קדמוני גדול עלול לקרוס ישירות לתוך חור שחור, לעקוף היווצרות כוכבים רגילה ואבולוציה, ולגרום למה שאנו מכנים חורים שחורים מסוג קריסה ישירה (DCBHs). חורים שחורים היפותטיים אחרים שנוצרו ישירות ללא מעורבות של התפתחות כוכבים סטנדרטית הם חורים שחורים קדמוניים (PBHs). PBHs הם שרידים של המפץ הגדול שנוצרו בתנודות הצפיפות הקיצוניות של היקום המוקדם מאוד זמן קצר לאחר המפץ הגדול. 

חורים שחורים שנוצרו דרך ערוצים "לא כוכבים" הם רק תיאוריות, וככאלה הם היפותטיים. אבל דברים החלו להשתנות במהירות עם שיגור JWST בדצמבר 2021, מצפה כוכבים אינפרא אדום המוקדש לחקר היקום המוקדם.

טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) חולל מהפכה בחקר היקום המוקדם 

JWST ביצעה מספר תצפיות המאתגרות את הבנתנו את היקום המוקדם. תצפית על גלקסיית JADES-GS-z14-0 בהסחה לאדום של 14.32, מה שהופך אותה לגלקסיה הרחוקה ביותר הידועה. גלקסיה זו נוצרה ביקום המוקדם כ-290 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול, אך היא גלקסיה גדולה, מסיבית ובהירה מאוד. כמו כן, נמצא כי היא עשירה במתכות, כלומר דורות של כוכבים מסיביים כבר השלימו את מסלול חייהם, מלידותיהם ועד לפיצוץ סופרנובה, כ-290 מיליון שנים ביקום המוקדם. באופן דומה, גלקסיית היקום המוקדם GS-NDG-9422, המתוארכת כמיליארד שנים לאחר המפץ הגדול, נמצאה כמורכבת מבחינה כימית, ללא כוכבים מאוכלוסייה III. לפי ההבנה הנוכחית, הדור הראשון של כוכבים ביקום המוקדם אמור להיות כוכבים מאוכלוסייה III בעלי מתכתיות אפסית. (באסטרונומיה, כל יסוד כבד יותר מהליום נחשב למתכת. אל-מתכות כימיות כמו חמצן, חנקן וכו' הן מתכות בהקשר קוסמולוגי. כוכבים מקבלים עידוד מתכתי בכל דור לאחר אירוע סופרנובה). 

JWST צפה גם בחורים שחורים סופר-מאסיביים ביקום המוקדם. חור שחור אחד כזה מתוארך לכ-700 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול ומסתו הייתה פי כמה מיליונים ממסת השמש. הכל התחיל כש-JWST תצפתה בנקודות אדומות קטנות (LRDs) אשר נצפו בפרסום הנתונים הראשון של JWST בשנת 2022. לעצמים הקומפקטיים בצבע אדום אלו היו ספקטרום בצורת V והראו פליטה מגז מימן במהירות גבוהה. 

הנקודה האדומה הקטנה QSO1 (או Abell2744-QSO1) 

QSO1 (או Abell2744-QSO1) היא נקודה אדומה קטנה טיפוסית, בקוטר של כ-1,300 שנות אור, במרחק של יותר מ-13 מיליארד שנות אור. היא התקיימה ביקום המוקדם, רק 700 מיליון שנים לאחר המפץ הגדול. היא מושפעת מעדשה כבידתית על ידי צביר הגלקסיות אבל 2744 (צביר פנדורה), ולכן היא מוגדלת וצולמת משולשת, ומופיעה בשלושה מקומות שונים בשמיים. כתוצאה מכך, קל יותר לחקור את QSO1 מאשר רוב הנקודות האדומות הקטנות האחרות. 

מחקר מפורט של הנקודה האדומה הקטנה (LRD) הזו הוביל חוקרים למסקנה שכמה חורים שחורים סופר-מאסיביים היו עצומים מלכתחילה. הם נוצרו ללא שלב קריסה של כוכבים וללא גלקסיה מארחת מסיבית משמעותית יותר שתזין אותם. 

QSO הוא ראשי תיבות של אובייקט קוואזי-סטלר (המכונה בדרך כלל קוואזר). 

מחקרים ראשוניים גילו ש-QSO1 הוא יותר מענן של גז מימן וגז הליום זוהרים המקיף חור שחור סופר-מאסיבי שמסתו פי 40 מיליון ממסת השמש. עם זאת, הייתה אי ודאות האם הוא באמת היה כה מסיבי. הסיבה לכך הייתה שעד כה, כל מדידות המסה של חורים שחורים ביקום המוקדם היו עקיפות, המבוססות על הנחות ממה שאנו יודעים עליהם ביקום המקומי. לא ידענו אם הנחות אלו באמת חלות על היקום המוקדם. 

החוקרים זיהו שאם החור השחור של QSO1 הוא באמת כה מסיבי, עליהם להיות מסוגלים להשתמש ביחידת השדה האינטגרלית (IFU) ב-JWST כדי לעקוב אחר השפעות כוח המשיכה שלו על הגז המסתחרר סביבו, ובמקביל למפות את פיזור היסודות השונים בגז. לפיכך, הם השתמשו בתצפיות ה-IFU ומיפו את תנועות גז המימן המקיף את החור השחור. 

גרף מהירות הסיבוב כפונקציה של המרחק מהמרכז גילה כי לגז הייתה תנועה קפלרית, כלומר רוב המסה של הנקודה האדומה הקטנה QSO1 מרוכזת בחור השחור במרכז. אם המסה הייתה מפוזרת, הגז לא היה מקיף נקודה מרכזית בצורה קפלרית מושלמת, באותו אופן שבו כוכבי לכת מקיפים את השמש במערכת השמש. 

בהינתן שתנועת קפלר נשלטת על ידי חוקי הכבידה, מדידות מהירות הגז אפשרו לחוקרים לחשב את המסה של החור השחור באופן ישיר. זו הייתה המדידה הישירה הראשונה של המסה של חור שחור ביקום המוקדם. נמצא כי החור השחור של QSO1 הוא כ-50 מיליון מסות שמש. כמו כן, חור שחור זה הוא שני שלישים מהמסה הכוללת של QSO1. זה מאוד נדיר מכיוון שחורים שחורים סופר-מאסיביים בגלקסיות הסמוכות מהווים בדרך כלל רק חלק קטן מהמסה הכוללת של הגלקסיה המארחת.

יתר על כן, ניתוח מפות הרכב ה-IFU הראה כי הגז בכל גלקסיית QSO1 מורכב כמעט כולה ממימן והליום. גלקסיה עשירה בכוכבים ופסולת כוכבים אמורה להכיל יסודות כבדים יותר כמו חמצן, אך ל-QSO1 יש ריכוז מתכתי נמוך ביותר, פחות מ-0.5% מהשמש, מה שמרמז של-QSO1 יש סביבה גלקטית בתולית מאוד.

המסה העצומה של QSO1 יחסית לגלקסיה המארחת שלה מרמזת על כך שהוא לא נוצר כתוצאה ממיזוג הדרגתי והזנה של חורים שחורים קטנים יותר בעלי מסה כוכבית. ככל הנראה, החור השחור של הנקודה האדומה הקטנה QSO1 קדם לתהליך האבולוציה הכוכבית. הוא יכול היה להתפתח מזרע כבד שנוצר בשנייה הראשונה של המפץ הגדול (חור שחור קדמון) או מעט מאוחר יותר מקריסה של ענן גז ענק (חור שחור קריסה ישירה) וייתכן שהוא נמצא בשלבים המוקדמים של בניית גלקסיה סביבו. לא ניתן כרגע לומר האם החור השחור הסופר-מאסיבי של הנקודה האדומה הקטנה QSO1 הוא חור שחור קדמון (PBH) או חור שחור קריסה ישירה (DCBH); עם זאת, ישנן עדויות להיווצרות לא-כוכבית של חורים שחורים ביקום המוקדם.

***

הפניות: 

1. מאיולינו ר., ואח' 2026. חור שחור בגלקסיה כמעט בתולית, בגודל 700 מיליון שנה לאחר המפץ הגדול. הודעות חודשיות של החברה המלכותית לאסטרונומיה, כרך 548, גיליון 1, מאי 2026, staf2109. פורסם ב-06 באפריל 2026. DOI: https://doi.org/10.1093/mnras/staf2109
2. יואדז'באליס, א., מרקונצ'יני, ק., ד'אוג'ניו, פ. ואחרים. מדידה ישירה של מסת חור שחור בנקודה אדומה קטנה בהסחה לאדום גבוהה. Nature 653, 1017–1021 (2026). פורסם ב-27 במאי 2026. DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-026-10579-4
3. טלסקופ ווב של נאס"א חושף חור שחור שנוצר לפני הגלקסיה שלו. פורסם ב-27 במאי 2026. זמין ב https://science.nasa.gov/missions/webb/nasas-webb-reveals-black-hole-that-formed-before-its-galaxy/

***

מאמרים קשורים 

טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST): מצפה הכוכבים הראשון המוקדש לחקר היקום המוקדם (6 בנובמבר 2021)

מחקר של היקום המוקדם: ניסוי REACH לגילוי קו חמקמק של 21 ס"מ ממימן קוסמי (3 באוגוסט 2022)

ננסים חומים (BD): טלסקופ ג'יימס ווב זיהה את העצם הקטן ביותר שנוצר בצורה דמוית כוכב (5 בינואר 2024)

החור השחור העתיק ביותר מהיקום המוקדם מאתגר את מודל היווצרות החורים השחורים (24 ​​בינואר 2024)

יקום מוקדם: הגלקסיה הרחוקה ביותר "JADES-GS-z14-0" מאתגרת מודלים של היווצרות גלקסיות (12 באוגוסט 2024)

פרדוקס הכוכבים העשירים במתכות ביקום המוקדם (27 בספטמבר 2024)

***