יניב ריז
New member
חורים שחורים- חלק א´:
עפ´ כל התיאוריות העכשוויות, חורים שחורים הם תוצר של כוכב, שמסתו גדולה מינימום פי 3 ממסת השמש. כוח המשיכה של עצם כזה הוא כל-כך גדול, שאפילו קרינה אלקטרומגנטית (אור נראה, גלי רדיו, קרני X, וכו´) אינה יכולה לברוח מפניו, לכן כוכב זה נהיה בלתי-נראה , לכן מופיע המילה "שחור" בשם חור שחור. החלק האחר של השם, ה"חור"- בא בגלל העובדה שהוא מושך ו"מפיל" לתוכו כל דבר שנקרה על דרכו. תיאורית היחסות הכללית של איינשטיין, מראה שהמרחב-זמן הוא מישור, וכל כוח משיכה שיש, יוצר עיוות קטן במשטח זה. אך כאשר יש חור שחור, עיוות זה הוא כה גדול, עד שהוא נהיה אינסופי, ובעצם זהו חור במרחב-זמן, לכן כל דבר שעובר במרחק כלשהו מהחור השחור "ייאלץ" לשנות את נתיבו, במידה כזו שלא תהיה לו אפשרות, אלא ליפול לתוך החור השחור. מה המרחק שצריך לעבור הגוף מהחור השחור בשביל שייאלץ ליפול לתוכו? זה תלוי במסת הכוכב שממנו נוצר. כדי להבין איך חור שחור נוצר, יש קודם להבין את מחזור חייו של כוכב. כוכב נוצר כאשר כמות גדולה של גז, בעיקר מימן, מתחילה לקרוס לאט לאט לגוף יותר קטן בגלל כוח המשיכה של הגז. ככול שהגז ילך ויתכווץ, כך הוא גם ילך ויתחמם, מפני שהאטומים יהיו הרבה יותר קרובים, ולכן יתנגשו יותר. בסופו של דבר, הגז יתחמם כל-כך, שיתחיל היתוך גרעיני- חיבור אטומי מימן, ויצירת אטומי הליום, ואז חיבור אטומי הליום ליצירת עוד חומרים. בתהליך זה של היתוך גרעיני מופקות כמויות אדירות של אנרגית חום. חום זה הוא הגורם לכך שכוכבים מאירים. החום הזה גם גורם לכך שהאטומים נעים יותר מהר, ולכן מפעילים לחץ כלפי חוץ- כנגד הכוח שמפעיל כוח המשיכה של הכוכב. לכן, הכוכב בסופו של דבר יתייצב באיזון כוחות. אך בסופו של דבר המימן של הכוכב יגמר, ואז ייפסק כמעט ההיתוך הגרעיני, ולכן הכוכב ילך ויתקרר. מפני שהכוכב כעת קר, הוא ילך ויתכווץ, מפני שכעת אין כוח נגדי לכוח המשיכה של הכוכב. את מה שקורה מעבר לשלב זה, הבינו רק בשנות ה-20. סובראמניאן צ´נדראסקאר, חישב במהלך נסיעתו עד כמה יכול כוכב להיות מאסיבי, ובכל זאת להחזיק מעמד כנגד כוח המשיכה שלו, כאשר הוא כבר קר- עפ´ חישוביו של צ´נדראסקאר, ככל שהכוכב יתכווץ, החלקיקים שלו ילכו ויתקרבו אחד לשני. עפ´ חוק האיסור של פאולי- אסור ששני חלקיקים יהיו באותו המקום באותו הזמן. מכאן ניתן להסיק שהחלקיקים יהיו חייבים לנוע במהירויות שונות. עובדה זו גורמת לכך שיש כוח נגדי לכוח המשיכה של הכוכב, ולכן הוא יתייצב במצב מסוים, אך צ´נדראסקאר הוכיח גם, כי יש גבול לכוח הדחייה שמספק עקרון האיסור. תורת היחסות אומרת כי לחלקיקים אסור לנוע במהירות גדולה ממהירות האור, לכן זו מגבלה, מכאן שאם לכוכב כלשהו יש כוח משיכה גדול מספיק, הוא יכול לגבור על הדחייה שנובעת מעקרון האיסור. הוא חישב ומצא שכוכב קר, שמסתו גדולה מ-140% ממסת השמש, לא יוכל להחזיק מעמד בפני כוח המשיכה של עצמו (מסה זו נקראת "גבול צ´נדראסקאר"),אך זה לא לגמרי נכון: עד גבול זה האלקטרונים של האטום יספקו את כוח הדחייה שנובע מעקרון האיסור, וכוכב במצב זה יקרא "ננס לבן". ננס לבן= הוא כוכב קר ויציב, שקוטרו כמה אלפי קילומטרים, וצפיפותו כמה עשרות טונות לסמ"ק. ישנם הרבה מאוד כוכבים מסוג זה. מגבול צ´נדראסקאר והלאה, כוח המשיכה יגבר על האלקטרונים, ויגרום להם להתחבר לפרוטונים, ליצירת נייטרונים. לכן, מגבול זה ועד פי 2 ממסת השמש, הנייטרונים יהיו אלה שייספקו את כוח הדחייה, ולכן זה יקרא "כוכב נייטרונים"- לכוכב כזה קוטר של כ-15 ק"מ, וצפיפות של עשרות מיליוני טונות לסמ"ק. למסקנה זו הגיע בערך באותו הזמן המדען הרוסי לב דוידוויץ לנדאו, אך עם זאת באותו זמן לא הייתה כל דרך לצפות בכוכבי נייטרונים, בגלל המיכשור והטכנולוגיה. אך מה קורה עם כוכבים אשר נמצאים מעבר לגבול זה? לפעמים ב"מזל" הם מתפוצצים, ומשליכים מעליהם מספיק חומר, בכדי שיהפכו לננסים לבנים, או כוכבי נייטרונים. אך בטוח שישנם מקרים שאין התפוצצות. מה קורה אז? או מה קורה אם מוסיפים לכוכב נייטרונים עוד חומר, כך שיעבור את הגבול? האם הוא ימשיך לקרוס עד שהוא יגיע לצפיפות אינסופית? צ´נדראסקאר הצליח להוכיח שכוח הדחיה הנובע מעקרון האיסור, לא יצליח לעצור כוכב שמסתו גדולה מגבול כוכב הנייטרונים, אך הוא עדיין לא הבין מה קורה במקרה כזה? את הבעיה הזו פתר אמריקאי צעיר בשם ג´ רוברט אופנהיימר, ב-1939 בצורה התיאורטית מעשית לא היה ניתן לצפות בגוף כזה בגלל איכות הטלסקופים שהיו בזמנו. אך היום מה שידוע על עבודתו של אופנהיימר הוא: בשדה-הכבידה של כוכב, נתיביהן של קרני האור במרחב-זמן, שונה מאשר אם לא היה כוכב זה בנמצא. קונוסי האור, המייצגים את התפשטותן של קרני האור במרחב-זמן, מתכופפים פנימה, לכיוון פני הכוכב- ככל שכוכב מתכווץ יותר, כוח הכבידה שלו על פני השטח גדל, ולכן הכיפוף של קונוסי האור גדל, לכן קשה יותר ויותר לקרני האור להימלט, ולכן הכוכב נהיה עמום ואדום יותר למישהו העומד במרחק. אך בסופו של דבר, הכוכב עשוי להתכווץ בצורה כזו, שקונוסי האור יתכופפו כך שלא יוכלו לברוח מפניו.
עפ´ כל התיאוריות העכשוויות, חורים שחורים הם תוצר של כוכב, שמסתו גדולה מינימום פי 3 ממסת השמש. כוח המשיכה של עצם כזה הוא כל-כך גדול, שאפילו קרינה אלקטרומגנטית (אור נראה, גלי רדיו, קרני X, וכו´) אינה יכולה לברוח מפניו, לכן כוכב זה נהיה בלתי-נראה , לכן מופיע המילה "שחור" בשם חור שחור. החלק האחר של השם, ה"חור"- בא בגלל העובדה שהוא מושך ו"מפיל" לתוכו כל דבר שנקרה על דרכו. תיאורית היחסות הכללית של איינשטיין, מראה שהמרחב-זמן הוא מישור, וכל כוח משיכה שיש, יוצר עיוות קטן במשטח זה. אך כאשר יש חור שחור, עיוות זה הוא כה גדול, עד שהוא נהיה אינסופי, ובעצם זהו חור במרחב-זמן, לכן כל דבר שעובר במרחק כלשהו מהחור השחור "ייאלץ" לשנות את נתיבו, במידה כזו שלא תהיה לו אפשרות, אלא ליפול לתוך החור השחור. מה המרחק שצריך לעבור הגוף מהחור השחור בשביל שייאלץ ליפול לתוכו? זה תלוי במסת הכוכב שממנו נוצר. כדי להבין איך חור שחור נוצר, יש קודם להבין את מחזור חייו של כוכב. כוכב נוצר כאשר כמות גדולה של גז, בעיקר מימן, מתחילה לקרוס לאט לאט לגוף יותר קטן בגלל כוח המשיכה של הגז. ככול שהגז ילך ויתכווץ, כך הוא גם ילך ויתחמם, מפני שהאטומים יהיו הרבה יותר קרובים, ולכן יתנגשו יותר. בסופו של דבר, הגז יתחמם כל-כך, שיתחיל היתוך גרעיני- חיבור אטומי מימן, ויצירת אטומי הליום, ואז חיבור אטומי הליום ליצירת עוד חומרים. בתהליך זה של היתוך גרעיני מופקות כמויות אדירות של אנרגית חום. חום זה הוא הגורם לכך שכוכבים מאירים. החום הזה גם גורם לכך שהאטומים נעים יותר מהר, ולכן מפעילים לחץ כלפי חוץ- כנגד הכוח שמפעיל כוח המשיכה של הכוכב. לכן, הכוכב בסופו של דבר יתייצב באיזון כוחות. אך בסופו של דבר המימן של הכוכב יגמר, ואז ייפסק כמעט ההיתוך הגרעיני, ולכן הכוכב ילך ויתקרר. מפני שהכוכב כעת קר, הוא ילך ויתכווץ, מפני שכעת אין כוח נגדי לכוח המשיכה של הכוכב. את מה שקורה מעבר לשלב זה, הבינו רק בשנות ה-20. סובראמניאן צ´נדראסקאר, חישב במהלך נסיעתו עד כמה יכול כוכב להיות מאסיבי, ובכל זאת להחזיק מעמד כנגד כוח המשיכה שלו, כאשר הוא כבר קר- עפ´ חישוביו של צ´נדראסקאר, ככל שהכוכב יתכווץ, החלקיקים שלו ילכו ויתקרבו אחד לשני. עפ´ חוק האיסור של פאולי- אסור ששני חלקיקים יהיו באותו המקום באותו הזמן. מכאן ניתן להסיק שהחלקיקים יהיו חייבים לנוע במהירויות שונות. עובדה זו גורמת לכך שיש כוח נגדי לכוח המשיכה של הכוכב, ולכן הוא יתייצב במצב מסוים, אך צ´נדראסקאר הוכיח גם, כי יש גבול לכוח הדחייה שמספק עקרון האיסור. תורת היחסות אומרת כי לחלקיקים אסור לנוע במהירות גדולה ממהירות האור, לכן זו מגבלה, מכאן שאם לכוכב כלשהו יש כוח משיכה גדול מספיק, הוא יכול לגבור על הדחייה שנובעת מעקרון האיסור. הוא חישב ומצא שכוכב קר, שמסתו גדולה מ-140% ממסת השמש, לא יוכל להחזיק מעמד בפני כוח המשיכה של עצמו (מסה זו נקראת "גבול צ´נדראסקאר"),אך זה לא לגמרי נכון: עד גבול זה האלקטרונים של האטום יספקו את כוח הדחייה שנובע מעקרון האיסור, וכוכב במצב זה יקרא "ננס לבן". ננס לבן= הוא כוכב קר ויציב, שקוטרו כמה אלפי קילומטרים, וצפיפותו כמה עשרות טונות לסמ"ק. ישנם הרבה מאוד כוכבים מסוג זה. מגבול צ´נדראסקאר והלאה, כוח המשיכה יגבר על האלקטרונים, ויגרום להם להתחבר לפרוטונים, ליצירת נייטרונים. לכן, מגבול זה ועד פי 2 ממסת השמש, הנייטרונים יהיו אלה שייספקו את כוח הדחייה, ולכן זה יקרא "כוכב נייטרונים"- לכוכב כזה קוטר של כ-15 ק"מ, וצפיפות של עשרות מיליוני טונות לסמ"ק. למסקנה זו הגיע בערך באותו הזמן המדען הרוסי לב דוידוויץ לנדאו, אך עם זאת באותו זמן לא הייתה כל דרך לצפות בכוכבי נייטרונים, בגלל המיכשור והטכנולוגיה. אך מה קורה עם כוכבים אשר נמצאים מעבר לגבול זה? לפעמים ב"מזל" הם מתפוצצים, ומשליכים מעליהם מספיק חומר, בכדי שיהפכו לננסים לבנים, או כוכבי נייטרונים. אך בטוח שישנם מקרים שאין התפוצצות. מה קורה אז? או מה קורה אם מוסיפים לכוכב נייטרונים עוד חומר, כך שיעבור את הגבול? האם הוא ימשיך לקרוס עד שהוא יגיע לצפיפות אינסופית? צ´נדראסקאר הצליח להוכיח שכוח הדחיה הנובע מעקרון האיסור, לא יצליח לעצור כוכב שמסתו גדולה מגבול כוכב הנייטרונים, אך הוא עדיין לא הבין מה קורה במקרה כזה? את הבעיה הזו פתר אמריקאי צעיר בשם ג´ רוברט אופנהיימר, ב-1939 בצורה התיאורטית מעשית לא היה ניתן לצפות בגוף כזה בגלל איכות הטלסקופים שהיו בזמנו. אך היום מה שידוע על עבודתו של אופנהיימר הוא: בשדה-הכבידה של כוכב, נתיביהן של קרני האור במרחב-זמן, שונה מאשר אם לא היה כוכב זה בנמצא. קונוסי האור, המייצגים את התפשטותן של קרני האור במרחב-זמן, מתכופפים פנימה, לכיוון פני הכוכב- ככל שכוכב מתכווץ יותר, כוח הכבידה שלו על פני השטח גדל, ולכן הכיפוף של קונוסי האור גדל, לכן קשה יותר ויותר לקרני האור להימלט, ולכן הכוכב נהיה עמום ואדום יותר למישהו העומד במרחק. אך בסופו של דבר, הכוכב עשוי להתכווץ בצורה כזו, שקונוסי האור יתכופפו כך שלא יוכלו לברוח מפניו.