היסטוריה בחקר החלל: התנגשות בין שני חורים שחורים – שכל אחד מהם גדול ביותר מפי 100 ממסת השמש – התרחשה במרחק של כ-10 מיליארד שנות אור מכדור הארץ, והובילה להיווצרות החור השחור המאסיבי ביותר שנצפה אי פעם באמצעות גלי כבידה.
גלאי הכבידה LIGO (Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory) רשם היסטוריה בשנת 2015, כשזיהה לראשונה באופן ישיר גלי כבידה – הפרעות בעקמומיות של המרחב-זמן המתפשטות בצורת גלים. התגלית לא רק הובילה לזכייה בפרס נובל לפיזיקה בחלוף שנתיים, אלא גם פתחה חלון חדש לחקר היקום ואפשרה לחוקרים לבחון את תורת היחסות הכללית ולחקור תופעות קוסמיות בצורה שלא הייתה אפשרית קודם לכן.
לפני שנבנו גלאי גלי הכבידה הראשונים בשנות ה-90, מדענים יכלו לצפות ביקום רק באמצעות קרינה אלקטרומגנטית כמו אור נראה, אינפרה-אדום וגלי רדיו. על כן, מצפי גלי כבידה מספקים מבט חדש על החלל, ומאפשרים להבחין באירועים שהיו עד כה נסתרים מהעין לרוב.
גלי הכבידה נוצרים על ידי אירועים קוסמיים עוצמתיים, כמו התנגשויות חורים שחורים או סופרנובות, ומהווים חיזוי של תורת היחסות הכללית של איינשטיין. באותו גילוי פורץ דרך, זוהה אירוע מיזוג חורים שחורים על ידי גלי כבידה, שהוליד חור שחור סופי שמסתו גדולה פי 62 ממסת השמש שלנו.
האות זוהה במשותף על ידי שני גלאי LIGO, האחד ממוקם בליווינגסטון שבלואיזיאנה, והשני בהנפורד שבוושינגטון. מאז, צוות LIGO חבר לשותפים בגלאי Virgo באיטליה וב-KAGRA (גלאי גלי הכבידה קאמיאוקה) ביפן כדי ליצור שיתוף פעולה תלת-ראשי בשם LIGO-Virgo-KAGRA (LVK). יחד, צפו כלל הגלאים ביותר מ-200 מיזוגים של חורים שחורים בסבב הניסויים הרביעי מאז האיחוד (החל במאי 2023, כשתצפיות נוספות מהסבב – עד ינואר 2024 – יפורסמו בהמשך הקיץ), וכ-300 מאז תחילת הניסוי הראשון בשנת 2015.
עד לאחרונה, מיזוג החורים השחורים הגדול ביותר שתועד היה זה שנצפה בשנת 2021, באירוע שנקרא GW190521, ובו נוצר חור שחור שמסתו הייתה פי 140 ממסת השמש. באירוע האחרון, GW231123, נוצר חור שחור כבד עוד יותר – פי 225 ממסת השמש – בעקבות התלכדות של שני חורים שחורים, שמסת כל אחד מהם הייתה בערך פי 100 ופי 140 ממסת השמש.
בנוסף למסה הגבוהה שלהם, החורים השחורים גם התאפיינו בסיבוב מהיר במיוחד. "זוהי התמזגות החורים השחורים המאסיבית ביותר שראינו על ידי גלי כבידה, אירוע שמאתגר את ההבנה הקיימת לגבי היווצרות החורים השחורים", אמר פרופ' מארק האנם מאוניברסיטת קארדיף, עמית בצוות ה-LVK. "חורים שחורים כה גדולים לא אפשריים על פי מודלים סטנדרטיים של אבולוציית כוכבים. אפשרות אחת היא ששני החורים השחורים הללו נוצרו כתוצאה ממיזוגים קודמים של חורים שחורים קטנים יותר. תצפית זו מדגימה שוב כיצד גלי כבידה חושפים באופן ייחודי את טבעם הבסיסי והאקזוטי של חורים שחורים ברחבי היקום".
המסה הגבוהה והסיבוב המהיר של החורים השחורים ב-GW231123 מרחיבים את גבולות טכנולוגיית גילוי גלי כבידה והן את המודלים התאורטיים הנוכחיים. חילוץ מידע מדויק מהאות דרש שימוש במודלים המתחשבים בדינמיקה המורכבת של חורים שחורים אשר מסתובבים במהירות.
"נראה שהחורים השחורים מסתובבים במהירות רבה - קרוב לגבול המותר על ידי תורת היחסות הכללית של איינשטיין", הסביר ד"ר צ'רלי הוי מאוניברסיטת פורטסמות' ועמית ב-LVK. "ייקח שנים עד שניתן יהיה לפענח באופן מלא את דפוס האותות המורכב הזה ואת כל השלכותיו", הוסיף ד"ר גרגוריו קארולו מאוניברסיטת ברמינגהם ועמית ב-LVK. "למרות שההסבר הסביר ביותר נותר מיזוג של חורים שחורים, תרחישים מורכבים יותר עשויים להיות המפתח לפענוח מאפייניו הבלתי צפויים".
ד"ר סופי ביני מהמכון הטכנולוגי של קליפורניה ועמיתת ה-LVK הוסיפה, כי אירוע זה דוחף את יכולות המכשור וניתוח הנתונים של שול עמיתיה לקצה גבול היכולת האפשרית כיום. "זוהי דוגמה רבת עוצמה לכמה אנחנו יכולים ללמוד מאסטרונומיה של גלי כבידה - וכמה יש עוד לגלות", היא אמרה.
