4.8 השפעות קנה מידה: חורים שחורים קטנים “מהירים”, גדולים “יציבים”

דף הבית ／ פרק 4: חורים שחורים

ככל שהחור השחור קטן יותר, כך ההתנהגות סמוך לשפה הנראית נעשית מהירה וחדה יותר; וככל שהוא גדול יותר, התגובה איטית וחלקה. אין זו מקריות שטחית, אלא תוצאה משולבת של שינויי קני־זמן, ניידות, עובי וחלוקת הזרימה היוצאת בין השכבה הקריטית החיצונית, אזור המעבר והליבה כאשר קנה המידה של המסה משתנה.

I. קני זמן התגובה: קטן – קצר, גדול – ארוך

1. מאין נובע ה״זמן״: כל תגובה סמוך לשפה נמסרת כמעין ״משמרות״ דרך ״אוקיינוס אנרגיה״ בתוך השכבה העליונה ואזור המעבר. המהירות המרבית של ההעברה נקבעת בידי המתח המקומי, ואילו המרחק האופייני שיש לגשר עליו גדל עם גודל החור השחור. לכן במערכות קטנות המסלול קצר והמחזורים מהירים; בגדולות המסלול ארוך והמחזורים איטיים.
2. תוצאות ישירות:

• חורים שחורים קטנים: עליות וירידות בקנה מידה של דקות–שעות שכיחות; ה״מדרגות״ במעטפת ההד צמודות זו לזו.
• חורים שחורים גדולים: שינויי־איטיות בקנה מידה של שעות–חודשים–שנים שכיחים יותר; פסגות ההד מרווחות, והמעטפת חלקה יותר.

II. ניידות השכבה החיצונית: הקטן ״קל״, הגדול ״כבד״

1. משמעות:
   ניידות מתארת עד כמה השכבה הקריטית החיצונית נעתרת לאותה עוצמת גירוי.
2. מדוע יש הבדל:
   בקנה מידה קטן, לטלאי קטן ב״פס הקריטי״ יש ״תקציב מתח״ מוגבל; הגבהה מקומית או סידור־מחדש גאומטרי עלולים לגרום לחצייה רגעית בין מהירות ״נדרשת״ למהירות ״מותרת״, ולכן השכבה נעה בקלות. בקנה מידה גדול, אותו גירוי מתפזר על פני שטח רחב ובעומק רקע גדול יותר, והשכבה החיצונית נוטה פחות לזוז.
3. מופעים:

• חורים שחורים קטנים: נקבים חולפים נדלקים בקלות; ניקוב צירי מתחבר בקלות רבה יותר; הפס הקריטי מתנהג כמו ״תוף בעל קרום דק״.
• חורים שחורים גדולים: הפס יציב בקנה־מידה כולל ודורש אנרגיה משמעותית והטיה גאומטרית כדי לוותר—כמו ״תוף בעל קרום עבה״.

III. עובי אזור המעבר: קטן דק ורגיש, גדול עבה ומרסן

1. מבט מדע החומרים:
   אזור המעבר משמש ״שכבת בוכנה״ הנושאת, אוגרת ומשחררת מאמצים. במערכות גדולות, קנה המידה הגאומטרי והמלאי של מתח מייצרים באופן טבעי חיץ עבה יותר; במערכות קטנות החיץ נשאר דק יותר.
2. הבדלים תפקודיים:

• אזור דק (חורים שחורים קטנים): כושר אגירה מצומצם; עם הגירוי האות נדחף החוצה במהירות, ונראה כפולסים חדים ומקובצים.
• אזור עבה (חורים שחורים גדולים): הקלט ״נטחן״ תחילה ואז משתחרר באיטיות, ומתבטא בהתרוממות חלקה ומתמשכת עם זוהר־שארית.

IV. חלוקת הזרימה היוצאת: הנתיב בעל ההתנגדות הקטנה נוטל את החלק הגדול

השטף הבורח מתחלק בין שלושה נתיבים—נקבים חולפים, ניקוב לאורך הציר, והפחתת קריטיות בצורת רצועה בשוליים—על פי עקרון ההתנגדות המינימלית. שינוי הקנה מסדר מחדש באופן שיטתי את ההתנגדויות היחסיות:

1. חורים שחורים קטנים:

• סף ניקוב נמוך: הטיה צירית ״תופרת״ בקלות נקבים לקו ויוצרת סילונים קשיחים וישרים.
• צפיפות נקבים גבוהה: השכבה העליונה ״נכתבת מחדש״ בקלות; צבירי נקבים שכיחים; בסיס דליפה רך מופיע ונעלם.
• רצועות שוליים חלשות יותר: קיימות רצועות, אך יישור לטווח ארוך ושימורן קשים; חלקם בזרימות רחבות־זווית ובעיבוד־חוזר קטן יותר.

2. חורים שחורים גדולים:

• רצועות שוליים דומיננטיות: אורכי יישור הנובעים מגזירה מייצבים הפחתת קריטיות רצועתית, ומחזקים זרימות רחבות־זווית ועיבוד־חוזר.
• ניקוב ״בררן״ יותר: כדי ליצור תעלות ציריות ארוכות־חיים דרושים לרוב הזנה ממושכת ואוריינטציה יציבה.
• נקבים נדירים אך גדולים: נקב יחיד חי יותר זמן אך מופיע לעיתים רחוקות, לעיתים קרובות באופי תלוי־אירוע.

V. בדיקת בזק בעמוד אחד: צללי תצפית של ״מהיר״ (קטן) ו״יציב״ (גדול)

1. שכיח בחורים שחורים קטנים:

• הבהובים מהירים בקנה מידה של דקות–שעות;
• פסגות חדות תכופות יותר בספקטרום הקשה;
• קשרי סילון שנשרכים לשרשראות ונודדים החוצה;
• ״מדרגות משותפות״ בולטות ותלולות באותו חלון זמן;
• קיטוב גבוה סמוך לליבה עם סידור־מחדש מהיר בעת אירועים.

2. שכיח בחורים שחורים גדולים:

• תנודות איטיות בקנה מידה של ימים–חודשים;
• רכיבי עיבוד־חוזר והחזרה עבים;
• הארה רצועתית ממושכת בשוליים;
• בליעה מוסחת לכחול ו״טביעות אצבע״ יציבות של רוח דיסקה;
• קיטוב הנשלט בידי פניות חלקות; היפוכי רצועה מצומדים למגזרים מאירים אך בקצב איטי יותר.

הבדלים אלה אינם סותרים זה את זה. שלושת הנתיבים מתקיימים לעיתים קרובות יחד; רק המנהיגות משתנה עם קנה המידה.

VI. לסיכום

כאשר קנה המידה של המסה משתנה, גם ״מדע החומרים״ של אזור השפה משתנה. בחורים שחורים קטנים המסלולים קצרים, השכבה החיצונית קלה ואזור המעבר דק—התגובה מהירה וחדה, וניקוב צירי מתרחש בקלות. בחורים שחורים גדולים המסלולים ארוכים, השכבה כבדה ואזור המעבר עבה—ההתנהגות יציבה וחלקה ונוטה לנתיבי שוליים. עם תמונה זו בראש, ההבדלים בין מקורות—מדוע יש שמעדיפים סילונים ואחרים רוחות דיסקה—מקבלים הסבר מבני.