האם חור שחור יכול להתפצל לשניים?

שני חורים שחורים יכולים להתנגש ולהתמזג לאחד. מחקר תאורטי חדש בוחן אם יכול לקרות גם ההפך. לפי החישובים, חוקי התרמודינמיקה כמעט סוגרים את הדלת, אבל אולי לא לגמרי.

שני חורים שחורים יכולים להתנגש ולהתמזג לחור שחור אחד. אבל האם יכול לקרות ההפך? האם חור שחור אחד יכול להתפצל לשני חורים שחורים קטנים יותר? בשאלה הזאת עוסק מאמר תאורטי חדש, "כאשר חורים שחורים מאפשרים טופולוגיות של זוג מכנסיים". המאמר פורסם בכתב העת Physical Review D.

"במחקר שלנו אנחנו בודקים אילו חוקי פיזיקה מונעים בדרך כלל מחור שחור להתפצל לשניים. אנחנו גם בודקים אם בנסיבות מסוימות הפיצול בכל זאת יכול להתרחש", אומר פרופ' פרנצ'סקו סנינו, ממחברי המחקר. סנינו הוא פרופסור לפיזיקה באוניברסיטת נאפולי פדריקו השני שבאיטליה ובמרכז לתורת השדות הקוונטית באוניברסיטת דרום דנמרק.

למה חורים שחורים לא מתפצלים

בדרך כלל חורים שחורים לא מתפצלים. אחד המכשולים החשובים לכך מגיע מהתרמודינמיקה.

לחור שחור יש תכונה שהפיזיקאים מכנים אנטרופיה. בפשטות, אנטרופיה מודדת בכמה דרכים מיקרוסקופיות שונות אפשר לסדר מערכת פיזיקלית, כך שמבחוץ היא עדיין תיראה אותו דבר. בחור שחור רגיל שאינו מסתובב, פיצול לשני חורים שחורים קטנים יותר יקטין את האנטרופיה הכוללת. לכן התהליך אינו מועדף מבחינה תרמודינמית.

אבל המצב עשוי להיות שונה בחורים שחורים שמסתובבים במהירות.

צורה של זוג מכנסיים

החישובים של הצוות מראים שבחורים שחורים שמסתובבים מהר ייתכן "פתח מילוט" שמאפשר את הפיצול.

"אבל שני החורים השחורים שנוצרים צריכים גם להצליח להתרחק זה מזה, ולא ליפול מיד בחזרה זה אל זה", אומר סנינו. "כשמוסיפים את הדרישה הזאת, החלון נסגר שוב כמעט לגמרי. אולי הוא נשאר פתוח רק לחורים שחורים שמסתובבים בקצב שקרוב לקצב המרבי האפשרי".

אם פיצול כזה אכן מתרחש, הגבול החיצוני של החור השחור, שנקרא אופק האירועים, יוצר לאורך הזמן צורה של זוג מכנסיים: חלק אחד שמתפצל לשתי "רגליים". מכאן השם הלא שגרתי של המחקר, "טופולוגיות של זוג מכנסיים".

אפשרויות אקזוטיות יותר

המחברים בוחנים גם אפשרויות אקזוטיות יותר. בתאוריות שכוללות ממדים נוספים של המרחב, הפיזיקאים כבר מכירים עצמים דומים לחורים שחורים. עצמים כאלה יכולים להפוך ללא יציבים ולהתחיל להתפרק.

בחלק מהתנאים האלה הפיצול יכול להיות מועדף מבחינה תרמודינמית. זה נכון במיוחד כשאחד משני החורים השחורים שנוצרים קטן בהרבה מהשני. אבל גם זה עדיין לא מוכיח שהפיצול אכן יקרה.

"אנחנו עוד לא יכולים לתת הסתברות אחת לכך שחור שחור יתפצל. היא תלויה באופן שבו הכבידה מתנהגת מעבר לתורה של איינשטיין, ואנחנו עובדים על כימות שלה", אומר סנינו. "אנחנו מצפים שחורים שחורים קדמוניים קטנים יהיו נוטים יותר להתפצל מחורים שחורים אסטרופיזיקליים גדולים בהרבה. אולי נוכל לזהות פיצול בעקיפין. טלסקופי קרינת גמא כמו Fermi-LAT יכולים לחפש אותות משברים זעירים של חורים שחורים, שעשויים להיווצר בזמן מיזוגים".

חורים שחורים קדמוניים הם חורים שחורים היפותטיים. לפי ההשערה, הם נוצרו ביקום המוקדם מאוד, זמן קצר אחרי המפץ הגדול, ולא מקריסה של כוכבים. חלקם עשויים להיות קטנים מאוד.

במחקר השתתפו ג'קומו קצ'אפליה מהמרכז הלאומי למחקר מדעי של צרפת (CNRS) בפריז, וכן מנואל דל פיאנו, פרנצ'סקו סנינו וואניה ולוצ'י מהמרכז לתורת השדות הקוונטית באוניברסיטת דרום דנמרק.

תרגום: נחום שרשבסקי. עריכה והתאמה: מערכת הידען.

מקור: אוניברסיטת דרום דנמרק.

שאלות ותשובות

לפי המחקר, בדרך כלל לא. פיצול של חור שחור רגיל שאינו מסתובב יקטין את האנטרופיה הכוללת, ולכן אינו מועדף מבחינה תרמודינמית. ייתכן חלון צר לחורים שחורים שמסתובבים בקצב שקרוב למרבי האפשרי.

מה הקשר בין חור שחור לזוג מכנסיים?

אם חור שחור מתפצל, אופק האירועים שלו יוצר לאורך הזמן צורה של זוג מכנסיים: "גוף" אחד שמתפצל לשתי "רגליים". במתמטיקה צורה כזו נקראת "זוג מכנסיים", ומכאן שם המחקר.

איך אפשר לגלות פיצול של חור שחור?

החוקרים מציעים לחפש סימנים עקיפים. טלסקופי קרינת גמא כמו Fermi-LAT יכולים לחפש אותות משברים זעירים של חורים שחורים, שעשויים להיווצר בזמן מיזוגים.

המאמר המדעי

• When black holes admit pair-of-pants topologies — Physical Review D, 22.10.2026

עוד בנושא באתר הידען

• הוקינג צדק: נתונים חדשים מאשרים שחורים שחורים לעולם לא מתכווצים
• נפתרה התעלומה: איך התרחש המיזוג ה"בלתי אפשרי" של שני חורים שחורים ענקיים
• פיזיקאים: בתוך עשור ייתכן שנחזה בחור שחור קדמוני מתפוצץ
• חורים שחורים קדמוניים או חלקיקים: מבחן חדש משווה בין ההסברים לחומר האפל
• שיטה חדשה מפענחת את ה״צלצול״ החלש של חורים שחורים מתמזגים