4.11 גורלן של חורים שחורים: שלבים—סף—מצבי קצה

דף הבית ／ פרק 4: חורים שחורים

חור שחור איננו מעטפת שחורה שאינה משתנה. יש לו מחזור חיים. כאשר אספקת החומר שופעת המערכת עובדת בעוצמה גבוהה. לאחר מכן נפתחת תקופה ממושכת שבה הידלדלות האספקה והחדרה איטית של אנרגיה החוצה הן השליטות. לבסוף נחצה סף ברור — הגבול הקריטי החיצוני נסוג כמכלול — ומכאן נשקפים שני סיומים אפשריים. האחד חזרה אל הליבה שהיא גוף כוכבי צפוף מאוד בלי אופק אירועים. האחר מרק עבה שהוא גוש חסר אופק המונהג בעיקר על ידי משיכה סטטיסטית של ים סיבים צפוף.

I. שלבים: ממצב אספקה פעילה לשלטון ההחדרה האיטית

שלב אספקה פעילה — תקופה של עבודה קשה

• תמונה סמוך לליבה הגבול הקריטי החיצוני גמיש אך יציב בכללו. אזור המעבר פועל כבוכנה העובדת לעיתים תכופות. הליבה הפנימית רוחשת גזירות הדוקות וחיבורים מחודשים רבים.
• דרכי מוצא לאנרגיה שלושה נתיבים מתקיימים במקביל ומתחלפים בהובלה. כאשר הסיבוב והגאומטריה נוחים מתייצבת התנקבות לאורכו של הציר והיא ארוכת חיים ובעלת אנרגיה רבה. כאשר תנע הזווית של הזרימה הנכנסת מיטיב עם מישורי הדיסקה מתחזקת הובלת שוליים מתחת לסף הכוללת רוחות דיסקה ועיבוד חוזר. כאשר רעש הרקע גבוה והפרעות חיצוניות מרובות מופיעים נקבים ארעיים בכתמים והם גורמים לדליפה איטית אך רחבת היקף.
• מאפיינים נצפים הטבעת הראשית יציבה וטבעות משניות נראות לעין. לעיתים קרובות קיים על הטבעת מגזר בהיר ומתמשך. דפוסי הקיטוב מציגים פיתול חלק המשולב ברצועות היפוך. בסדרות זמן ניכרות לעיתים תכופות מדרגות משותפות שנותרות מסונכרנות גם לאחר סילוק פיזור וכן רצפים של הדדים.

שלב שליטה של החדרה איטית — שפל איטי

• תמונה סמוך לליבה האספקה מן החוץ פוחתת. הליבה הפנימית ממשיכה לרתוח אך תקציב המתח ננגס על ידי ההחדרה. סף הממוצע של הגבול החיצוני יורד לאט. טווח הנשימה של הטבעת מצטמצם. אזור המעבר מתנהג יותר כבולם זעזועים מאשר כמנוע.
• דרכי מוצא לאנרגיה קשה לשמר התנקבות צירית באופן עצמי. ההובלה בשוליים נעשית עמוד השדרה של הפלט. הנקבים הארעיים נותרים אך נושאים פריקה בסיסית בעוצמה נמוכה לאורך זמן.
• מאפיינים נצפים הטבעת נעשית כהה ודקה יותר. קשה יותר להצית טבעות משניות. הפיתול החלק בקיטוב נמשך אך רצועות ההיפוך מתמעטות. אמפליטודת המדרגות המשותפות קטנה. מעטפת ההדדים מתארכת ונעשית רדודה.

המעבר בין שלבים איננו מתג פשוט. זהו היסט סטטיסטי של מרכז הכובד שבו הנתיב הקל יותר נוטל על עצמו חלק גדול יותר מן העבודה.

II. סף: יציאה ממצב קריטי כאשר הגבול החיצוני נסוג כמכלול

קריטריונים מגדירים

• אין סף סביב כל ההיקף ברוב הזוויות על הטבעת הדרישה המינימלית כלפי חוץ אינה גבוהה עוד מן הגבול העליון המותר מקומית והמצב נמשך זמן רב יותר מזמן ההחלמה של שכבת הקורטקס ומזמן הזיכרון של אזור המעבר.
• אין בקרת שער גלובלית כאשר אירועים חזקים שבים אין עוד מדרגות משותפות שהן כמעט באותו חלון זמן לאחר סילוק פיזור. רוחב הטבעת אינו מציג עוד זוגות של התרחבות קלה וחזרה עם כל אירוע.
• התפוגגות הצטברות גאומטרית התמונה בקרבת הליבה אינה מראה עוד טבעת ראשית יציבה עם משפחה ניתנת לחזרה של טבעות משניות. המגבר הגאומטרי שמקורו בנתיבי חזרה מרובים יוצא מפעולה.

סיבות לחציית הסף

• התשה של התקציב החדרה איטית ממושכת יחד עם הידלדלות אספקה מורידים את תקציב המתח אל מתחת לרמה הנדרשת לשימור הגבול הקריטי החיצוני.
• קהות גאומטרית אורך היישור של גזירה באזור המעבר מתקצר. הרצועות אינן מתלכדות עוד למעברים יציבים בעלי התנגדות נמוכה. התגובה המשותפת של שכבת הקורטקס לאירועים חזקים נעלמת.
• ירידת ההטיה הצירית הסיבוב נחלש או שמשנה כיוון. דרך הקיצור הטבעית לאורך הציר אינה דומיננטית עוד ולכן קשה לשמר התנקבות ארוכת חיים.

סימני מעבר בעת החצייה

• תמונה וקיטוב הטבעת הראשית דוהה במהירות ונעשית רפאית. הטבעות המשניות נעלמות. דפוסי הקיטוב עוברים ממסודרים לדלים בסדר. מדרגות משותפות נעדרות ונשארות רק נדידות איטיות הייחודיות לרצועות התדר.
• אין התאוששות בלי אספקה חדשה ללא כניסה חדשה וחזקה תכונות אלו אינן חוזרות.

III. מצב קצה ראשון: חזרה אל הליבה גוף כוכבי צפוף מאוד בלי אופק

תנאים

• הגבול הפנימי מתקפל פנימה לאחר נסיגת הגבול החיצוני האזור הקריטי הפנימי מתקדם עוד אל המרכז. מתח הליבה יורד דיו כדי שסיבובים יציבים ישובו לשאת את עצמם לאורך זמן.
• יתרון לתהליך היתוך ליבה סיבים נסגרים בקלות יתרה ללולאות יציבות. אירועי פירוק מתמעטים במובהק. חלקם של נושאי מטען שאינם יציבים יורד עד שאינו מחזיק עוד רצפת רעש חזקה.
• בנייה גאומטרית מחדש סמוך לליבה נוצרת היררכיה של ליבה קשה ומעטפת רכה. במרכז מתגבשת תבנית נושאת יציבה וצפופה מאוד ומסביבה מעטפת סיבים דקה.

מאפיינים נצפים

• מישור התמונה אין טבעת ראשית או משנית יציבה. במקומן נראה גרעין קומפקטי ובהיר או טבעת קטנה ובהירה עמוקה יותר שאינה תוצר של הצטברות נתיבי חזרה. בשוליים אין מגזר בהיר ומתמשך.
• קיטוב דרגת קיטוב בינונית. זווית המיקום נשארת יציבה פרקי זמן ארוכים יותר. רצועות היפוך נדירות. הכיוון הכולל משקף גאומטריית שדה איתנה סמוך לליבה.
• זמן אין מדרגות משותפות הנשלטות בבקרת שער כלל מערכתית. השונות נשלטת על ידי הבזקי קצר מן המשטח ומן התת משטח. ההדדים דומים לחזרת משטח יותר מאשר לחזרת קורטקס.
• ספקטרום רכיב העיבוד החוזר נעשה דק יותר. הזיקה בין תחום קשה לתחום רך נעשית ישירה יותר. כאשר גושים נופלים פנימה מתקבלת זוהר מאוחר מאפיין חזרה ולא מדרגות סף.
• סביבה סילונים ציריים כבים לרוב. לעיתים נותרת זרימה החוצה חלשה יציבה וממוגנטת בעוצמה נמוכה ובקולימציה דלה.

משמעות פיזיקלית
חזרה אל הליבה איננה שיבה לכוכב רגיל אלא מעבר אל גוף כוכבי צפוף מאוד חסר אופק. שלד קשיח של סיבובים יציבים מדריך ונושא עומס. חילופי האנרגיה מתרחשים בעיקר במשטח ובתת המשטח וללא הסתמכות על בקרת שער של שכבת הקורטקס.

IV. מצב קצה שני: מרק עבה גוף חסר אופק המונהג על ידי משיכה סטטיסטית

תנאים

• הגבול החיצוני חלף והפנימי לא נסוג דיו המתח אינו מספיק לשימור אופק אך עדיין מדכא נשאות עצמית ממושכת של סיבובים יציבים בקני מידה גדולים.
• אי יציבות כמצב ברירת מחדל לולאות סיבוב קצרות חיים נוצרות ומתפרקות ללא הרף. רסיסיהן מגדילים את רצפת הרעש המתחזקת מרק צפוף.
• שליטת המשיכה הסטטיסטית אין משטח חומרי קשיח. חפיפה של משיכות קצרות חיים רבות יוצרת הטיה חלקה אך עמוקה של המתח המכוונת בעוצמה את הדינמיקה.

מאפיינים נצפים

• מישור התמונה אין טבעת ראשית יציבה. אזור הליבה נראה כחלל בעל בהירות משטח נמוכה ולעיתים ללא גרעין חד ובהיר. האור מרוכז במעטפת חיצונית מעובדת מחדש לצד הארה מפוזרת וזרימות ערפיליות החוצה.
• קיטוב נמוך עד בינוני. זווית המיקום מקוטעת ומופסקת. רצועות היפוך קצרות ומבולגנות ופחות מסודרות מאשר במצב החזרה אל הליבה.
• זמן אין מדרגות משותפות. מעל עלייה איטית וזוהר מאוחר ממושך מתווספים הבהובים קטנים ותכופים המונעים בידי הרעש.
• ספקטרום ספקטרום עבה ועיבוד חוזר חזק שולטים. קווי הפליטה חלשים וקווי אבחון פלזמה נדירים. מן התחום התת אדום ועד תת מילימטר נראית תשתית רחבה ודלת ניגוד.
• סביבה וקינמטיקה ניכרים רוחות רחבות זווית מבני בועות ומעטפות גז חם. יחס מסה לאור גבוה. גם עדשות כבידה חלשות וחזקות וגם מסלולים סמוכים מצביעים על באר פוטנציאל עמוקה עם מעט אור.

משמעות פיזיקלית
זהו מקבץ סיבי צפוף חסר אופק. סיבובים יציבים שורדים לעיתים רחוקות לאורך זמן. נושאי מטען מועטים ואינם יציבים. קשה לארגן קרינה קוהרנטית. חילופי האנרגיה רחבי היקף ומעובדים מחדש במידה רבה. התוצאה חשוך אך כבד. סמוך לליבה המראה דליל אך כלפי חוץ המערכת מפגינה כבידה חזקה שהיא הופעה טבעית של מערכת הנשלטת במשיכה סטטיסטית וחסרת ליבה קשיחה.

V. מבט קוסמי: סידור טיפוסי על רקע קר ושקט

1. האספקה מסתיימת בסופו של דבר ככל שהיקום מתקרר ומידלדל בקני זמן ארוכים חומר טרי והפרעות חיצוניות חזקות נעשים נדירים ולכן ההחדרה האיטית תופסת פיקוד.
2. קטנים יוצאים ראשונים וגדולים לאחר מכן גופים קטנים מחזיקים מסלולים קצרים שכבת קורטקס קלה ואזור מעבר דק ולכן הם יוצאים מן המצב הקריטי מוקדם יותר. גדולים בעלי מסלולים ארוכים שכבת קורטקס כבדה ואזור מעבר עבה ולכן מחזיקים מעמד זמן רב יותר.
3. הסתעפויות מועדפות
   • נטייה לחזרה אל הליבה כאשר ירידת המתח עמוקה המבנה והכיוון יציבים ורצפת הרעש מנשאי מטען לא יציבים דועכת במהירות הסיכוי לחזרה אל הליבה גדל.
   • נטייה למרק עבה כאשר ירידת המתח מוגבלת ייצור אי היציבויות פעיל וגזירה מתמשכת בשוליים גדל הסיכוי להיתקע במרק עבה.
4. התפתחות אוכלוסיות אוכלוסיות מוקדמות עתירות סילונים כבים תחילה את הסילונים ומעבירות משקל להובלת שוליים ולהחדרה איטית. בהמשך הן מתפצלות למיעוט החוזר אל הליבה ולרוב הנשאר במרק עבה. לשני המצבים אין עוד בקרת שער בדרגת אופק.

זהו אינו לוח זמנים למקור יחיד אלא היררכיה הסתברותית. ביקום קר ושקט היציאה מן המצב הקריטי כמעט בלתי נמנעת. המסלול שאחריה תלוי בתקציב המתח שנותר במידת נסיגתו של הגבול הפנימי ובשאלה אם ניתן להנמיך די הצורך את הרעש מנושאי מטען בלתי יציבים.