תגלית פורצת דרך: טלסקופ ג'יימס ווב איתר זוג חורים שחורים סופר-מסיביים במרחק של 4,900 שנות אור בלבד זה מזה

טלסקופ החלל ג'יימס ווב (JWST) חולל מהפכה נוספת בחקר היקום: הוא איפשר לזהות את זוג החורים השחורים הסופר-מסיביים הפעילים הקרוב ביותר שאי פעם אושר ביקום המוקדם. המערכת, המכונה LID-1166, מורכבת משני חורים שחורים המרוחקים זה מזה 4,900 שנות אור (1.5 קילו-פארסק) — מרחק זעיר במונחים קוסמיים . כדי להמחיש, גודלה של גלקסיית שביל החלב הוא כ-100,000 שנות אור, כך שמדובר ביחס של כ-5% בלבד מקוטרה של גלקסיה טיפוסית.

התגלית מתייחסת לעידן שבו היקום היה צעיר במיוחד — 1.3 מיליארד שנים בלבד לאחר המפץ הגדול, שהם בערך 10% מגילו הנוכחי (13.8 מיליארד שנים) .

למה טלסקופ האבל לא ראה אותם?

ההיסטוריה של התגלית מרתקת. המקור LID-1166 זוהה לראשונה כפליטת קרני רנטגן בסקר צ'אנדרה COSMOS Legacy Survey. עם זאת, הוא נותר בלתי נראה לחלוטין בתמונות העמוקות ביותר של טלסקופ החלל האבל — הסיבה: שני החורים השחורים קבורים עמוק בתוך גז ואבק צפופים, החוסמים אור נראה ואור תת-אדום קרוב .

כיצד JWST פתר את התעלומה?

צוות המחקר, בראשות ד"ר הייוון סו (Hyewon Suh) מהמצפה הלאומי לאסטרונומיה אופטית (NOIRLab) של הקרן הלאומית למדע (NSF) בארה"ב, השתמש במכשיר ה-NIRSpec (ספקטרוגרף תת-אדום קרוב) של JWST. מכשיר זה גילה שני מקורות קומפקטיים זוהרים המופרדים ב-4,900 שנות אור, שכל אחד מהם מציג חתימה ספקטרלית של גז הנע במהירויות גבוהות במיוחד — סימן בטוח לחורים שחורים סופר-מסיביים הניזונים מחומר (המכונים גרעינים גלקטיים פעילים, AGN) .

החוקר השותף רוברטו דקארלי (Roberto Decarli) הסביר: "שלב זה של הגילוי יכול היה להתרחש רק הודות ליכולות ההדמיה והספקטרוסקופיה המעולות של JWST, ובמיוחד מכשיר ה-NIRSpec שלו. תצפיות דומות מהקרקע היו מאתגרות ביותר בשל שקיפות ירודה של האטמוספירה באורכי גל אלה."

מה גילה מערך ALMA?

מערך המילימטר/תת-מילימטר הגדול של אטקמה (ALMA) הוסיף נדבך חשוב: הוא זיהה מאגרי גז קרים גדולים הקשורים לכל אחד מהחורים השחורים. דקארלי ציין כי הדבר "מצביע על כך ששני החורים השחורים נמצאים במרכזן של שתי גלקסיות הנמצאות על סף מיזוג." נוכחותו של גז קר סביב כל חור שחור שללה תרחישי היווצרות חלופיים חריגים ואישרה שמדובר באיחוי גלקסיות עשיר בגז .

המחקר פורסם בכתב העת Nature Astronomy (מקובל לפרסום; קדם-פרסום arXiv:2607.19491).

לגלות שלושה חורים שחורים בגלקסיה אחת

במקביל, מחקר נפרד נוסף בהובלת חנה אובלר (Hannah Übler) מהמכון מקס פלאנק לפיזיקה חוץ-ארצית (MPE) זיהה שלושה חורים שחורים סופר-מסיביים פעילים בתוך גלקסיה אחת, J0148-4214 . הגלקסיה נמצאת במרחק של 12.5 מיליארד שנות אור מכדור הארץ (הסטה לאדום z=5.0167), כלומר היא נראית כפי שהייתה כשהיקום היה בן כ-1.2 מיליארד שנים .

בתצורה מרתקת, שניים מהחורים השחורים ממוקמים קרוב זה לזה במרכז הגלקסיה, מופרדים ב-620 שנות אור בלבד (בהטלה), מה שמעיד שהם על סף מיזוג. חור שחור שלישי יושב רחוק יותר באזור החיצוני של הגלקסיה, כ-5,500 שנות אור מהמרכז .

החוקרים השתמשו במצב הספקטרוסקופיה המרחבית (Integral Field Unit) של NIRSpec, שיטה הפועלת כמו צילום תמונה שבה כל פיקסל מכיל מידע ספקטרלי מלא. כל חור שחור זוהה על ידי קו פליטת H-אלפא רחב (FWHM 430–2,920 קמ"ש) ללא קו אסור מקביל — חתימה ברורה של גז המסתובב סביב חור שחור מסיבי .

זוהי הפעם הראשונה שבה מוצאים שלושה חורים שחורים סופר-מסיביים פעילים בגלקסיה יחידה ביקום הרחוק . אובלר מסבירה: "זה מרמז שתהליכים ביקום המוקדם היו יעילים בהבאת חורים שחורים מסיביים זה לקראת זה, ובכך הכינו את הקרקע לאיחויי החורים השחורים המסיביים שאנו מצפים לזהות עם מצפי גלי כבידה עתידיים."

שתי התגליות יחד מציירות תמונה של יקום צעיר שבו חורים שחורים סופר-מסיביים גדלו במהירות באמצעות מיזוגים תכופים ואינטראקציות עשירות בגז — ויכולות הרגישות של JWST באור תת-אדום חושפות זוגות ושלשות של חורים שחורים שהיו בלתי נראים לחלוטין לטלסקופים קודמים.