მან ეს სახელი მიიღო იმის გამო, რომ ის შთანთქავს სინათლეს, მაგრამ არ ირეკლავს მას, როგორც სხვა ობიექტები. სინამდვილეში, ბევრი ფაქტია შავი ხვრელების შესახებ და დღეს ჩვენ ვისაუბრებთ ყველაზე საინტერესოზე. შედარებით ბოლო დრომდე ითვლებოდა, რომ შავი ხვრელი სივრცეშიშთანთქავს ყველაფერს, რაც მის მახლობლად არის ან დაფრინავს: პლანეტა ნაგავია, მაგრამ ახლახან მეცნიერებმა დაიწყეს იმის მტკიცება, რომ გარკვეული პერიოდის შემდეგ შიგთავსი "იფურთხება" უკან, მხოლოდ სრულიად განსხვავებული ფორმით. Თუ ხარ დაინტერესებული შავი ხვრელები კოსმოსში საინტერესო ფაქტებიმათზე დღეს უფრო დეტალურად ვისაუბრებთ.

არის თუ არა საფრთხე დედამიწას?

არსებობს ორი შავი ხვრელი, რომელსაც შეუძლია რეალური საფრთხე შეუქმნას ჩვენს პლანეტას, მაგრამ ისინი, ჩვენთვის საბედნიეროდ, შორს არიან, დაახლოებით 1600 სინათლის წლის მანძილზე. მეცნიერებმა შეძლეს ამ ობიექტების აღმოჩენა მხოლოდ იმიტომ, რომ ისინი მზის სისტემასთან ახლოს იყვნენ და სპეციალური რენტგენის მოწყობილობები ახერხებდნენ მათ დანახვას. არსებობს ვარაუდი, რომ მიზიდულობის უზარმაზარმა ძალამ შეიძლება გავლენა მოახდინოს შავ ხვრელებზე ისე, რომ ისინი გაერთიანდნენ ერთში.

ნაკლებად სავარაუდოა, რომ მისმა რომელიმე თანამედროვემ შეძლოს მომენტის დაჭერა, როდესაც ეს იდუმალი ობიექტები გაქრება. ასე ნელა მიმდინარეობს ხვრელების სიკვდილის პროცესი.

შავი ხვრელი არის ვარსკვლავი წარსულში

როგორ წარმოიქმნება შავი ხვრელები სივრცეში?? ვარსკვლავებს აქვთ სინთეზური საწვავის შთამბეჭდავი მარაგი, რის გამოც ისინი ანათებენ ასე კაშკაშა. მაგრამ ყველა რესურსი ამოიწურება და ვარსკვლავი კლებულობს, თანდათან კარგავს ბზინვარებას და გადაიქცევა შავ ჯუჯად. ცნობილია, რომ გაცივებულ ვარსკვლავში ხდება შეკუმშვის პროცესი, რის შედეგადაც ის ფეთქდება და მისი ნაწილაკები იფანტება დიდ მანძილზე სივრცეში, იზიდავს მეზობელ ობიექტებს, რითაც იზრდება შავი ხვრელის ზომა.

Ყველაზე საინტერესო შავი ხვრელების შესახებ სივრცეშიჩვენ ჯერ არ გვაქვს შესწავლილი, მაგრამ გასაკვირია, რომ მისი სიმკვრივე, მიუხედავად მისი შთამბეჭდავი ზომისა, შეიძლება იყოს ჰაერის სიმკვრივის ტოლი. ეს იმაზე მეტყველებს, რომ სივრცეში ყველაზე დიდ ობიექტებსაც კი შეიძლება ჰქონდეთ ისეთივე წონა, როგორც ჰაერი, ანუ იყოს წარმოუდგენლად მსუბუქი. Აქ როგორ ჩნდებიან შავი ხვრელები კოსმოსში?.

დრო თავად შავ ხვრელში და მის მახლობლად ძალიან ნელა მიედინება, ამიტომ იქვე მფრინავი ობიექტები ანელებენ მათ მოძრაობას. ყველაფრის მიზეზი არის მიზიდულობის უზარმაზარი ძალა, კიდევ უფრო გასაოცარი ფაქტი, თავად ხვრელში მიმდინარე ყველა პროცესს წარმოუდგენელი სიჩქარე აქვს. დავუშვათ, თუ დავაკვირდებით როგორ გამოიყურება შავი ხვრელი სივრცეშიყოვლისმომცველი მასის საზღვრებს გარეთ მყოფი, როგორც ჩანს, ყველაფერი დგას. თუმცა, როგორც კი ობიექტი შიგნით მოხვდებოდა, ის მყისიერად დაიშლებოდა. დღეს ჩვენ გვიჩვენებენ როგორ გამოიყურება შავი ხვრელი სივრცეში?მოდელირებულია სპეციალური პროგრამებით.

შავი ხვრელის განმარტება?

ახლა ჩვენ ვიცით საიდან მოდის შავი ხვრელები კოსმოსში?. მაგრამ კიდევ რა არის მათში განსაკუთრებული? იმის თქმა, რომ შავი ხვრელი არის პლანეტა ან ვარსკვლავი, აპრიორი შეუძლებელია, რადგან ეს სხეული არც აირისებრია და არც მყარი. ეს არის ობიექტი, რომელსაც შეუძლია დაამახინჯოს არა მხოლოდ სიგანე, სიგრძე და სიმაღლე, არამედ ვადები. რაც მთლიანად ეწინააღმდეგება ფიზიკურ კანონებს. მეცნიერები ამტკიცებენ, რომ დრო სივრცითი ერთეულის ჰორიზონტის რეგიონში შეიძლება წინ და უკან წავიდეს. რა არის კოსმოსში შავ ხვრელშიწარმოუდგენელია, იქ დავარდნილი სინათლის კვანტები რამდენჯერმე მრავლდება სინგულარობის მასაზე, ეს პროცესი ზრდის გრავიტაციული ძალის ძალას. ამიტომ, თუ თქვენ თან წაიღებთ ფანარს და მიდიხართ შავ ხვრელში, ის არ ანათებს. სინგულარობა არის წერტილი, სადაც ყველაფერი უსასრულობისკენ მიისწრაფვის.

შავი ხვრელის სტრუქტურა არის სინგულარობა და მოვლენათა ჰორიზონტი. სინგულარობის შიგნით, ფიზიკური თეორიები მთლიანად კარგავს თავის მნიშვნელობას, ამიტომ ის კვლავ საიდუმლოდ რჩება მეცნიერებისთვის. საზღვრის (მოვლენის ჰორიზონტის) გადაკვეთისას ფიზიკური ობიექტი კარგავს დაბრუნების უნარს. ჩვენ შორს ვიცით ყველაფერი კოსმოსში შავი ხვრელების შესახებ, მაგრამ ინტერესი მათ მიმართ არ ქრება.

უსაზღვრო სამყარო სავსეა საიდუმლოებებით, გამოცანებითა და პარადოქსებით. იმისდა მიუხედავად, რომ თანამედროვე მეცნიერებამ უზარმაზარი ნახტომი გააკეთა კოსმოსის შესწავლაში, ამ უზარმაზარ სამყაროში ბევრი რამ გაუგებარი რჩება ადამიანის მსოფლმხედველობისთვის. ჩვენ ბევრი რამ ვიცით ვარსკვლავების, ნისლეულების, გროვებისა და პლანეტების შესახებ. თუმცა, სამყაროს უკიდეგანო სივრცეში არის ისეთი ობიექტები, რომელთა არსებობის შესახებ მხოლოდ გამოცნობა შეგვიძლია. მაგალითად, ჩვენ ძალიან ცოტა ვიცით შავი ხვრელების შესახებ. ძირითადი ინფორმაცია და ცოდნა შავი ხვრელების ბუნების შესახებ დაფუძნებულია ვარაუდებსა და ვარაუდებზე. ასტროფიზიკოსები და ატომის მეცნიერები ამ საკითხს ათზე მეტი წელია ებრძვიან. რა არის შავი ხვრელი სივრცეში? როგორია ასეთი ობიექტების ბუნება?

შავ ხვრელებზე საუბარი მარტივი სიტყვებით

იმისთვის, რომ წარმოიდგინოთ, როგორ გამოიყურება შავი ხვრელი, საკმარისია გვირაბიდან გამომავალი მატარებლის კუდის დანახვა. ბოლო ვაგონზე სიგნალის ნათება გვირაბში ჩაღრმავებასთან ერთად მცირდება ზომაში, სანამ მთლიანად არ გაქრება მხედველობიდან. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ეს ის ობიექტებია, სადაც ურჩხული მიზიდულობის გამო სინათლეც კი ქრება. ელემენტარული ნაწილაკები, ელექტრონები, პროტონები და ფოტონები ვერ ახერხებენ უხილავი ბარიერის გადალახვას, ისინი ვარდებიან არაფრის შავ უფსკრულში, ამიტომ სივრცეში ასეთ ხვრელს შავი ეწოდა. არ არის მის შიგნით ოდნავი ნათელი წერტილი, მყარი სიბნელე და უსასრულობა. რა დევს შავი ხვრელის მეორე მხარეს, უცნობია.

ამ კოსმოსურ მტვერსასრუტს აქვს მიზიდულობის კოლოსალური ძალა და შეუძლია შთანთქოს მთელი გალაქტიკა ყველა გროვით და ვარსკვლავების სუპერგროვებით, ნისლეულებითა და ბნელი მატერიით. Როგორ არის ეს შესაძლებელი? რჩება მხოლოდ გამოცნობა. ამ შემთხვევაში ჩვენთვის ცნობილი ფიზიკის კანონები ჭრის ნაკერებს და არ იძლევა ახსნას მიმდინარე პროცესებზე. პარადოქსის არსი მდგომარეობს იმაში, რომ სამყაროს მოცემულ მონაკვეთში სხეულების გრავიტაციული ურთიერთქმედება განისაზღვრება მათი მასით. მეორის ერთი ობიექტის მიერ შეწოვის პროცესზე გავლენას არ ახდენს მათი ხარისხობრივი და რაოდენობრივი შემადგენლობა. ნაწილაკები, რომლებმაც მიაღწიეს კრიტიკულ რაოდენობას გარკვეულ არეალში, შედიან ურთიერთქმედების სხვა დონეზე, სადაც გრავიტაციული ძალები იქცევა მიზიდულობის ძალებად. სხეული, საგანი, ნივთიერება ან მატერია გრავიტაციის გავლენის ქვეშ იწყებს შეკუმშვას და აღწევს კოლოსალურ სიმკვრივეს.

დაახლოებით ასეთი პროცესები ხდება ნეიტრონული ვარსკვლავის წარმოქმნის დროს, სადაც ვარსკვლავური მატერია მოცულობით შეკუმშულია შიდა სიმძიმის გავლენის ქვეშ. თავისუფალი ელექტრონები გაერთიანდებიან პროტონებთან და წარმოქმნიან ელექტრულად ნეიტრალურ ნაწილაკებს, რომლებსაც ნეიტრონები ეწოდება. ამ ნივთიერების სიმკვრივე უზარმაზარია. რაფინირებული შაქრის ნაჭრის ზომის მატერიის ნაწილაკი მილიარდ ტონას იწონის. აქ მიზანშეწონილია გავიხსენოთ ფარდობითობის ზოგადი თეორია, სადაც სივრცე და დრო უწყვეტი სიდიდეებია. აქედან გამომდინარე, შეკუმშვის პროცესი არ შეიძლება შეჩერდეს ნახევრად და, შესაბამისად, არ აქვს ლიმიტი.

პოტენციურად, შავი ხვრელი ჰგავს ხვრელს, რომელშიც შეიძლება მოხდეს გადასვლა სივრცის ერთი ნაწილიდან მეორეზე. ამავდროულად, თავად სივრცისა და დროის თვისებები იცვლება, იქცევა სივრცე-დროის ძაბრად. ამ ძაბრის ბოლოში მიღწევისას ნებისმიერი მატერია კვანტად იშლება. რა არის შავი ხვრელის მეორე მხარეს, ეს გიგანტური ხვრელი? შესაძლოა, არის სხვა სივრცე, სადაც სხვა კანონები მოქმედებს და დრო საპირისპირო მიმართულებით მიედინება.

ფარდობითობის თეორიის კონტექსტში შავი ხვრელის თეორია ასეთია. კოსმოსში არსებულ წერტილს, სადაც გრავიტაციულმა ძალებმა შეკუმშეს ნებისმიერი მატერია მიკროსკოპულ ზომებამდე, აქვს მიზიდულობის კოლოსალური ძალა, რომლის სიდიდე იზრდება უსასრულობამდე. ჩნდება დროის ნაოჭი და სივრცე მრუდია, იხურება ერთ წერტილში. შავი ხვრელის მიერ გადაყლაპული ობიექტები დამოუკიდებლად ვერ გაუძლებენ ამ ამაზრზენი მტვერსასრუტის შებრუნების ძალას. სინათლის სიჩქარეც კი, რომელსაც ფლობს კვანტები, არ აძლევს ელემენტარულ ნაწილაკებს მიზიდულობის ძალის დაძლევის საშუალებას. ნებისმიერი სხეული, რომელიც აღწევს ასეთ წერტილს, წყვეტს იყოს მატერიალური ობიექტი, რომელიც ერწყმის სივრცე-დროის ბუშტს.

შავი ხვრელები მეცნიერების თვალსაზრისით

თუ საკუთარ თავს ჰკითხავთ, როგორ წარმოიქმნება შავი ხვრელები? ერთი პასუხი არ იქნება. სამყაროში ბევრი პარადოქსი და წინააღმდეგობაა, რომელთა ახსნა შეუძლებელია მეცნიერების თვალსაზრისით. აინშტაინის ფარდობითობის თეორია იძლევა მხოლოდ თეორიულ ახსნას ასეთი ობიექტების ბუნების შესახებ, მაგრამ კვანტური მექანიკა და ფიზიკა ამ შემთხვევაში დუმს.

ცდილობთ ახსნას მიმდინარე პროცესები ფიზიკის კანონებით, სურათი ასე გამოიყურება. ობიექტი, რომელიც წარმოიქმნება მასიური ან სუპერმასიური კოსმოსური სხეულის კოლოსალური გრავიტაციული შეკუმშვის შედეგად. ამ პროცესს აქვს სამეცნიერო სახელი - გრავიტაციული კოლაფსი. ტერმინი "შავი ხვრელი" პირველად გამოჩნდა სამეცნიერო საზოგადოებაში 1968 წელს, როდესაც ამერიკელი ასტრონომი და ფიზიკოსი ჯონ უილერი ცდილობდა აეხსნა ვარსკვლავის კოლაფსის მდგომარეობა. მისი თეორიის თანახმად, გრავიტაციული კოლაფსი განიცადა მასიური ვარსკვლავის ადგილას, ჩნდება სივრცითი და დროითი უფსკრული, რომელშიც მოქმედებს მუდმივად მზარდი შეკუმშვა. ყველაფერი, რისგანაც ვარსკვლავი შედგებოდა, თავის შიგნით მიდის.

ასეთი ახსნა საშუალებას გვაძლევს დავასკვნათ, რომ შავი ხვრელების ბუნება არანაირად არ არის დაკავშირებული სამყაროში მიმდინარე პროცესებთან. ყველაფერი, რაც ხდება ამ ობიექტის შიგნით, არანაირად არ მოქმედებს მიმდებარე სივრცეზე ერთი "მაგრამ". შავი ხვრელის გრავიტაციული ძალა იმდენად ძლიერია, რომ ის ფარავს სივრცეს, რაც იწვევს გალაქტიკების ბრუნვას შავი ხვრელების გარშემო. შესაბამისად, ნათელი ხდება მიზეზი, თუ რატომ იღებენ გალაქტიკებს სპირალის ფორმა. რამდენი დრო დასჭირდება უზარმაზარი ირმის ნახტომის გალაქტიკას სუპერმასიური შავი ხვრელის უფსკრულში გაქრობას, უცნობია. საინტერესო ფაქტია, რომ შავი ხვრელები შეიძლება გამოჩნდნენ კოსმოსის ნებისმიერ წერტილში, სადაც ამისთვის იდეალური პირობებია შექმნილი. დროისა და სივრცის ასეთი ნაოჭი ასწორებს იმ უზარმაზარ სიჩქარეს, რომლითაც ვარსკვლავები ბრუნავენ და მოძრაობენ გალაქტიკის სივრცეში. დრო შავ ხვრელში სხვა განზომილებაში მიედინება. ამ რეგიონში, გრავიტაციის კანონების ინტერპრეტაცია არ შეიძლება ფიზიკის თვალსაზრისით. ამ მდგომარეობას შავი ხვრელის სინგულარობა ეწოდება.

შავი ხვრელები არ აჩვენებენ გარე იდენტიფიკაციის ნიშნებს, მათი არსებობა შეიძლება ვიმსჯელოთ სხვა კოსმოსური ობიექტების ქცევით, რომლებზეც გავლენას ახდენს გრავიტაციული ველები. სიცოცხლისა და სიკვდილისთვის ბრძოლის მთელი სურათი მიმდინარეობს შავი ხვრელის საზღვარზე, რომელიც დაფარულია გარსით. ძაბრის ამ წარმოსახვით ზედაპირს „მოვლენის ჰორიზონტს“ უწოდებენ. ყველაფერი, რასაც ამ ზღვარამდე ვხედავთ, არის ხელშესახები და მატერიალური.

შავი ხვრელების ფორმირების სცენარები

ჯონ უილერის თეორიის შემუშავებით, შეგვიძლია დავასკვნათ, რომ შავი ხვრელების საიდუმლო არ არის მისი ფორმირების პროცესში. შავი ხვრელის წარმოქმნა ხდება ნეიტრონული ვარსკვლავის კოლაფსის შედეგად. უფრო მეტიც, ასეთი ობიექტის მასა სამჯერ ან მეტჯერ უნდა აღემატებოდეს მზის მასას. ნეიტრონული ვარსკვლავი იკუმშება მანამ, სანამ საკუთარი შუქი ვეღარ შეძლებს თავის დაღწევას გრავიტაციის მჭიდრო ხელთ. არსებობს ზღვარი იმ ზომაზე, რომლითაც ვარსკვლავი შეიძლება შემცირდეს შავი ხვრელის წარმოშობისთვის. ამ რადიუსს გრავიტაციული რადიუსი ეწოდება. განვითარების ბოლო ეტაპზე მასიურ ვარსკვლავებს უნდა ჰქონდეთ გრავიტაციული რადიუსი რამდენიმე კილომეტრი.

დღეს მეცნიერებმა მიიღეს არაპირდაპირი მტკიცებულება შავი ხვრელების არსებობის შესახებ ათეულ რენტგენის ორობით ვარსკვლავში. რენტგენის ვარსკვლავს, პულსარს ან ბურსტერს არ აქვს მყარი ზედაპირი. გარდა ამისა, მათი მასა აღემატება სამი მზის მასას. კოსმოსის ამჟამინდელი მდგომარეობა თანავარსკვლავედში Cygnus, რენტგენის ვარსკვლავი Cygnus X-1, შესაძლებელს ხდის ამ ცნობისმოყვარე ობიექტების ფორმირების მიკვლევას.

კვლევისა და თეორიული ვარაუდების საფუძველზე, დღეს მეცნიერებაში შავი ვარსკვლავების ფორმირების ოთხი სცენარი არსებობს:

• მასიური ვარსკვლავის გრავიტაციული კოლაფსი მისი ევოლუციის ბოლო ეტაპზე;
• გალაქტიკის ცენტრალური რეგიონის კოლაფსი;
• დიდი აფეთქების დროს შავი ხვრელების წარმოქმნა;
• კვანტური შავი ხვრელების წარმოქმნა.

პირველი სცენარი ყველაზე რეალისტურია, მაგრამ შავი ვარსკვლავების რაოდენობა, რომლებსაც ჩვენ დღეს ვიცნობთ, აღემატება ცნობილ ნეიტრონულ ვარსკვლავთა რაოდენობას. და სამყაროს ასაკი არც ისე დიდია, რომ მასიური ვარსკვლავების ამხელა რაოდენობამ შეძლოს ევოლუციის სრული პროცესის გავლა.

მეორე სცენარს აქვს სიცოცხლის უფლება და ამის ნათელი მაგალითია - სუპერმასიური შავი ხვრელი Sagittarius A *, რომელიც დაცულია ჩვენი გალაქტიკის ცენტრში. ამ ობიექტის მასა 3,7 მზის მასაა. ამ სცენარის მექანიზმი გრავიტაციული კოლაფსის სცენარის მსგავსია, ერთადერთი განსხვავება ისაა, რომ კოლაფსს განიცდის არა ვარსკვლავი, არამედ ვარსკვლავთშორისი გაზი. გრავიტაციული ძალების გავლენით გაზი შეკუმშულია კრიტიკულ მასამდე და სიმკვრივემდე. კრიტიკულ მომენტში მატერია იშლება კვანტებად და ქმნის შავ ხვრელს. თუმცა, ეს თეორია საეჭვოა, რადგან კოლუმბიის უნივერსიტეტის ასტრონომებმა ახლახან აღმოაჩინეს Sagittarius A* შავი ხვრელის თანამგზავრები. ისინი აღმოჩნდა ბევრი პატარა შავი ხვრელი, რომლებიც, ალბათ, სხვაგვარად ჩამოყალიბდნენ.

მესამე სცენარი უფრო თეორიულია და დაკავშირებულია დიდი აფეთქების თეორიის არსებობასთან. სამყაროს ფორმირების დროს მატერიის ნაწილი და გრავიტაციული ველები მერყეობდა. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, პროცესებმა სხვა გზა მიიღო, რომელიც არ იყო დაკავშირებული კვანტური მექანიკის და ბირთვული ფიზიკის ცნობილ პროცესებთან.

ბოლო სცენარი ორიენტირებულია ბირთვული აფეთქების ფიზიკაზე. მატერიის გროვებში, ბირთვული რეაქციების პროცესში, გრავიტაციული ძალების გავლენის ქვეშ, ხდება აფეთქება, რომლის ადგილას წარმოიქმნება შავი ხვრელი. მატერია ფეთქდება შიგნით, შთანთქავს ყველა ნაწილაკს.

შავი ხვრელების არსებობა და ევოლუცია

ასეთი უცნაური კოსმოსური ობიექტების ბუნებაზე უხეში წარმოდგენა რომ აქვს, საინტერესოა კიდევ რაღაც. რა არის შავი ხვრელების ნამდვილი ზომები, რამდენად სწრაფად იზრდებიან ისინი? შავი ხვრელების ზომები განისაზღვრება მათი გრავიტაციული რადიუსით. შავი ხვრელებისთვის შავი ხვრელის რადიუსი განისაზღვრება მისი მასით და ეწოდება შვარცშილდის რადიუსი. მაგალითად, თუ ობიექტს აქვს ჩვენი პლანეტის მასის ტოლი მასა, მაშინ შვარცშილდის რადიუსი ამ შემთხვევაში არის 9 მმ. ჩვენს მთავარ სანათს აქვს 3 კმ რადიუსი. 10⁸ მზის მასის მქონე ვარსკვლავის ადგილას წარმოქმნილი შავი ხვრელის საშუალო სიმკვრივე წყლის სიმკვრივესთან ახლოს იქნება. ასეთი წარმონაქმნის რადიუსი იქნება 300 მილიონი კილომეტრი.

სავარაუდოა, რომ ასეთი გიგანტური შავი ხვრელები განლაგებულია გალაქტიკების ცენტრში. დღეისათვის ცნობილია 50 გალაქტიკა, რომელთა ცენტრში არის უზარმაზარი დროისა და სივრცის ჭაბურღილები. ასეთი გიგანტების მასა არის მილიარდობით მზის მასა. შეიძლება მხოლოდ წარმოიდგინოთ, რა მიზიდულობის კოლოსალური და ამაზრზენი ძალა აქვს ასეთ ხვრელს.

რაც შეეხება პატარა ხვრელებს, ეს არის მინი-ობიექტები, რომელთა რადიუსი უმნიშვნელო მნიშვნელობებს აღწევს, მხოლოდ 10¯¹² სმ. ასეთი ნამსხვრევის მასა არის 1014 გ. ასეთი წარმონაქმნები წარმოიქმნა დიდი აფეთქების დროს, მაგრამ დროთა განმავლობაში მათი ზომა გაიზარდა და დღეს ისინი გარე სამყაროში მონსტრების სახით ფანტავენ. პირობები, რომლებშიც მოხდა პატარა შავი ხვრელების წარმოქმნა, დღეს მეცნიერები ცდილობენ ხელახლა შექმნან ხმელეთის პირობებში. ამ მიზნით ტარდება ექსპერიმენტები ელექტრონების კოლაიდერებში, რომლის მეშვეობითაც ელემენტარული ნაწილაკები აჩქარდებიან სინათლის სიჩქარემდე. პირველმა ექსპერიმენტებმა შესაძლებელი გახადა კვარკ-გლუონის პლაზმის მიღება ლაბორატორიულ პირობებში - მატერია, რომელიც არსებობდა სამყაროს ფორმირების გარიჟრაჟზე. ასეთი ექსპერიმენტები საშუალებას გვაძლევს ვიმედოვნებთ, რომ დედამიწაზე შავი ხვრელი დროის საკითხია. სხვა საქმეა, გადაიქცევა თუ არა კაცობრიობის მეცნიერების ასეთი მიღწევა კატასტროფაში ჩვენთვის და ჩვენი პლანეტისთვის. შავი ხვრელის ხელოვნურად შექმნით ჩვენ შეგვიძლია გავხსნათ პანდორას ყუთი.

სხვა გალაქტიკებზე ბოლოდროინდელმა დაკვირვებებმა მეცნიერებს საშუალება მისცა აღმოეჩინათ შავი ხვრელები, რომელთა ზომები აღემატება ყველა წარმოდგენას მოლოდინს და ვარაუდს. ევოლუცია, რომელიც ხდება ასეთ ობიექტებთან, შესაძლებელს ხდის უკეთ გავიგოთ, რატომ იზრდება შავი ხვრელების მასა, რა არის მისი რეალური ზღვარი. მეცნიერები მივიდნენ დასკვნამდე, რომ ყველა ცნობილი შავი ხვრელი რეალურ ზომამდე გაიზარდა 13-14 მილიარდი წლის განმავლობაში. ზომებში განსხვავება განპირობებულია მიმდებარე სივრცის სიმკვრივით. თუ შავ ხვრელს აქვს საკმარისი საკვები მიზიდულობის ძალებთან, ის იზრდება ნახტომებით და აღწევს ასობით და ათასობით მზის მასას. აქედან გამომდინარეობს გალაქტიკების ცენტრში მდებარე ასეთი ობიექტების გიგანტური ზომა. ვარსკვლავთა მასიური გროვა, ვარსკვლავთშორისი გაზის უზარმაზარი მასები ზრდის უხვი საკვებია. როდესაც გალაქტიკები შერწყმულია, შავი ხვრელები შეიძლება გაერთიანდნენ და შექმნან ახალი სუპერმასიური ობიექტი.

ევოლუციური პროცესების ანალიზით ვიმსჯელებთ, ჩვეულებრივია განასხვავოთ შავი ხვრელების ორი კლასი:

• მზის მასის 10-ჯერ მეტი მასის მქონე ობიექტები;
• მასიური ობიექტები, რომელთა მასა ასობით ათასი, მილიარდობით მზის მასაა.

არის შავი ხვრელები, რომელთა საშუალო საშუალო მასა უდრის 100-10 ათას მზის მასას, მაგრამ მათი ბუნება ჯერ კიდევ უცნობია. თითო გალაქტიკაში დაახლოებით ერთი ასეთი ობიექტია. რენტგენის ვარსკვლავების შესწავლამ შესაძლებელი გახადა M82 გალაქტიკაში 12 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე ორი საშუალო შავი ხვრელის პოვნა. ერთი ობიექტის მასა მერყეობს 200-800 მზის მასის დიაპაზონში. კიდევ ერთი ობიექტი გაცილებით დიდია და მასა 10-40 ათასი მზის მასაა. საინტერესოა ასეთი ობიექტების ბედი. ისინი განლაგებულია ვარსკვლავური გროვების მახლობლად და თანდათან იზიდავს სუპერმასიური შავი ხვრელი, რომელიც მდებარეობს გალაქტიკის ცენტრალურ ნაწილში.

ჩვენი პლანეტა და შავი ხვრელები

შავი ხვრელების ბუნების შესახებ მინიშნებების ძიების მიუხედავად, სამეცნიერო სამყარო შეშფოთებულია შავი ხვრელის ადგილისა და როლის შესახებ ირმის ნახტომის გალაქტიკის და, კერძოდ, პლანეტა დედამიწის ბედში. დროისა და სივრცის ნაოჭი, რომელიც არსებობს ირმის ნახტომის ცენტრში, თანდათან შთანთქავს გარშემო არსებულ ყველა ობიექტს. მილიონობით ვარსკვლავი და ტრილიონობით ტონა ვარსკვლავთშორისი გაზი უკვე შეიწოვება შავ ხვრელში. დროთა განმავლობაში, შემობრუნება მიაღწევს ციგნოსისა და მშვილდოსნის მკლავებს, რომლებშიც მზის სისტემა მდებარეობს, რომელმაც გაიარა მანძილი 27 ათასი სინათლის წლის მანძილზე.

სხვა უახლოესი სუპერმასიური შავი ხვრელი ანდრომედას გალაქტიკის ცენტრალურ ნაწილშია. ეს ჩვენგან დაახლოებით 2,5 მილიონი სინათლის წლის მანძილზეა. ალბათ, სანამ ჩვენი ობიექტი მშვილდოსანი A * შთანთქავს საკუთარ გალაქტიკას, უნდა ველოდოთ ორი მეზობელი გალაქტიკის შერწყმას. შესაბამისად, მოხდება ორი სუპერმასიური შავი ხვრელის შერწყმა ერთში, საშინელი და ამაზრზენი ზომით.

სრულიად განსხვავებული საკითხია პატარა შავი ხვრელები. პლანეტა დედამიწის შთანთქმისთვის საკმარისია შავი ხვრელი ორი სანტიმეტრის რადიუსით. პრობლემა ის არის, რომ ბუნებით შავი ხვრელი სრულიად უსახო ობიექტია. მისი საშვილოსნოდან არ მოდის რადიაცია და რადიაცია, ამიტომ საკმაოდ რთულია ასეთი იდუმალი ობიექტის შემჩნევა. მხოლოდ ახლო მანძილიდან შეიძლება გამოვლინდეს ფონის სინათლის გამრუდება, რაც მიუთითებს, რომ სამყაროს ამ რეგიონში სივრცეში არის ხვრელი.

დღემდე მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ დედამიწასთან უახლოესი შავი ხვრელი არის V616 Monocerotis. მონსტრი ჩვენი სისტემიდან 3000 სინათლის წლის მანძილზე მდებარეობს. ზომით ეს დიდი წარმონაქმნია, მისი მასა 9-13 მზის მასაა. კიდევ ერთი ახლომდებარე ობიექტი, რომელიც საფრთხეს უქმნის ჩვენს სამყაროს, არის შავი ხვრელი Gygnus X-1. ამ ურჩხულთან ჩვენ გვაშორებს 6000 სინათლის წლის მანძილი. ჩვენს სამეზობლოში გამოვლენილი შავი ხვრელები ორობითი სისტემის ნაწილია, ე.ი. არსებობს ვარსკვლავის სიახლოვეს, რომელიც კვებავს დაუოკებელ საგანს.

დასკვნა

სივრცეში ისეთი იდუმალი და იდუმალი ობიექტების არსებობა, როგორიცაა შავი ხვრელები, რა თქმა უნდა, გვაიძულებს ვიყოთ ფხიზლად. თუმცა, ყველაფერი, რაც შავ ხვრელებს ემართებათ, საკმაოდ იშვიათად ხდება, სამყაროს ასაკისა და უზარმაზარი დისტანციების გათვალისწინებით. 4,5 მილიარდი წლის განმავლობაში, მზის სისტემა ისვენებდა, არსებობდა ჩვენთვის ცნობილი კანონების მიხედვით. ამ დროის განმავლობაში, მზის სისტემის მახლობლად, მსგავსი არაფერი, არც სივრცის დამახინჯება და არც დროის ნაოჭი არ გამოჩნდა. ალბათ, ამისთვის შესაფერისი პირობები არ არსებობს. ირმის ნახტომის ის ნაწილი, რომელშიც მზის ვარსკვლავური სისტემა მდებარეობს, სივრცის მშვიდი და სტაბილური მონაკვეთია.

მეცნიერები აღიარებენ აზრს, რომ შავი ხვრელების გამოჩენა შემთხვევითი არ არის. ასეთი ობიექტები სამყაროში მოწესრიგებულების როლს ასრულებენ, ანადგურებენ კოსმოსური სხეულების სიჭარბეს. რაც შეეხება თავად მონსტრების ბედს, მათი ევოლუცია ჯერ ბოლომდე შესწავლილი არ არის. არსებობს ვერსია, რომ შავი ხვრელები არ არიან მარადიული და გარკვეულ ეტაპზე შესაძლოა არსებობა შეწყვიტონ. აღარავისთვის არ არის საიდუმლო, რომ ასეთი ობიექტები ენერგიის ყველაზე მძლავრი წყაროა. როგორი ენერგიაა და როგორ იზომება, სხვა საკითხია.

სტივენ ჰოკინგის ძალისხმევით მეცნიერებას წარუდგინეს თეორია, რომ შავი ხვრელი კვლავ ასხივებს ენერგიას და კარგავს თავის მასას. თავის ვარაუდებში მეცნიერი ხელმძღვანელობდა ფარდობითობის თეორიით, სადაც ყველა პროცესი ერთმანეთთან არის დაკავშირებული. არაფერი უბრალოდ არ ქრება სხვაგან გამოჩენის გარეშე. ნებისმიერი მატერია შეიძლება გარდაიქმნას სხვა ნივთიერებად, ხოლო ერთი ტიპის ენერგია გადადის სხვა ენერგეტიკულ დონეზე. ეს შეიძლება იყოს შავი ხვრელების შემთხვევაში, რომლებიც არის გარდამავალი პორტალი ერთი მდგომარეობიდან მეორეში.

თუ თქვენ გაქვთ რაიმე შეკითხვები - დატოვეთ ისინი სტატიის ქვემოთ მოცემულ კომენტარებში. ჩვენ ან ჩვენი სტუმრები სიამოვნებით გიპასუხებთ მათ.

ყველა ადამიანი, რომელიც ადრე თუ გვიან ეცნობა ასტრონომიას, განიცდის ძლიერ ცნობისმოყვარეობას სამყაროს ყველაზე იდუმალი ობიექტების - შავი ხვრელების მიმართ. ესენი არიან სიბნელის ნამდვილი ოსტატები, რომლებსაც შეუძლიათ „ჩაყლაპონ“ იქვე გავლილი ნებისმიერი ატომ და სინათლესაც კი არ დაუშვან გაქცევა - მათი მიზიდულობა იმდენად ძლიერია. ეს ობიექტები ნამდვილ გამოწვევას წარმოადგენს ფიზიკოსებისა და ასტრონომებისთვის. პირველებმა ჯერ კიდევ ვერ გაიგეს, რა ბედი ეწია მატერიას, რომელიც შავ ხვრელში ჩავარდა, მეორეს კი, თუმცა კოსმოსის ყველაზე ენერგიულ მოვლენებს შავი ხვრელების არსებობით ხსნიან, არასოდეს ჰქონიათ რომელიმე მათგანის დაკვირვების საშუალება. პირდაპირ. ჩვენ ვისაუბრებთ ამ ყველაზე საინტერესო ციურ ობიექტებზე, გავარკვევთ, რა არის უკვე აღმოჩენილი და რა რჩება გასარკვევი საიდუმლოების ფარდის ასახსნელად.

რა არის შავი ხვრელი?

სახელწოდება "შავი ხვრელი" (ინგლისურად - შავი ხვრელი) შემოგვთავაზა 1967 წელს ამერიკელმა თეორიულმა ფიზიკოსმა ჯონ არჩიბალდ უილერმა (იხილეთ ფოტო მარცხნივ). ის ემსახურებოდა ციური სხეულის აღნიშვნას, რომლის მიზიდულობა იმდენად ძლიერია, რომ სინათლეც კი არ უშვებს თავის თავს. მაშასადამე, ის „შავია“, რადგან სინათლეს არ ასხივებს.

არაპირდაპირი დაკვირვებები

ეს არის ასეთი საიდუმლოების მიზეზი: რადგან შავი ხვრელები არ ანათებენ, ჩვენ მათ პირდაპირ ვერ ვხედავთ და იძულებულნი ვართ მოვძებნოთ და შევისწავლოთ ისინი მხოლოდ ირიბი მტკიცებულებების გამოყენებით, რომ მათი არსებობა ტოვებს მიმდებარე სივრცეში. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, თუ შავი ხვრელი შთანთქავს ვარსკვლავს, ჩვენ ვერ ვხედავთ შავ ხვრელს, მაგრამ შეგვიძლია დავაკვირდეთ მისი ძლიერი გრავიტაციული ველის დამანგრეველ ეფექტებს.

ლაპლასის ინტუიცია

იმისდა მიუხედავად, რომ გამოთქმა "შავი ხვრელი", რომელიც ეხება ვარსკვლავის ევოლუციის ჰიპოთეტურ საბოლოო ეტაპს, რომელიც გრავიტაციის გავლენის ქვეშ ჩავარდა, გაჩნდა შედარებით ცოტა ხნის წინ, წარმოიშვა იდეა ასეთი სხეულების არსებობის შესახებ. ორ საუკუნეზე მეტი ხნის წინ. ინგლისელმა ჯონ მიშელმა და ფრანგმა პიერ-სიმონ დე ლაპლასმა დამოუკიდებლად წამოაყენეს ჰიპოთეზა „უხილავი ვარსკვლავების“ არსებობის შესახებ; მაშინ როცა ისინი ემყარებოდა დინამიკის ჩვეულებრივ კანონებს და ნიუტონის უნივერსალური მიზიდულობის კანონს. დღეს შავმა ხვრელებმა მიიღეს სწორი აღწერა აინშტაინის ფარდობითობის ზოგად თეორიაზე დაყრდნობით.

თავის ნაშრომში „მსოფლიოს სისტემის განცხადება“ (1796) ლაპლასი წერდა: „დედამიწის მსგავსი სიმკვრივის კაშკაშა ვარსკვლავი, რომლის დიამეტრი 250-ჯერ აღემატება მზის დიამეტრს, მისი გრავიტაციული მიზიდულობის გამო. არ დაუშვებს სინათლის სხივებს ჩვენამდე მოხვედრას. აქედან გამომდინარე, შესაძლებელია, რომ ყველაზე დიდი და კაშკაშა ციური სხეულები ამ მიზეზით უხილავი იყოს.

უძლეველი გრავიტაცია

ლაპლასის იდეა ეფუძნებოდა გაქცევის სიჩქარის კონცეფციას (მეორე კოსმოსური სიჩქარე). შავი ხვრელი ისეთი მკვრივი ობიექტია, რომ მის მიზიდულობას შეუძლია შუქის შეკავებაც კი, რომელიც ბუნებაში უმაღლეს სიჩქარეს ავითარებს (თითქმის 300000 კმ/წმ). პრაქტიკაში, შავი ხვრელიდან თავის დასაღწევად, საჭიროა სინათლის სიჩქარეზე მეტი სიჩქარე, მაგრამ ეს შეუძლებელია!

ეს ნიშნავს, რომ ასეთი ვარსკვლავი უხილავი იქნება, რადგან სინათლეც კი ვერ დაძლევს მის ძლიერ გრავიტაციას. აინშტაინმა ეს ფაქტი ახსნა გრავიტაციული ველის გავლენის ქვეშ სინათლის გადახრის ფენომენით. სინამდვილეში, შავი ხვრელის მახლობლად, სივრცე-დრო იმდენად მრუდია, რომ სინათლის სხივების ბილიკები საკუთარ თავზეც იკეტება. იმისათვის, რომ მზე შავ ხვრელად გადავაქციოთ, მთელი მისი მასა 3 კმ რადიუსის მქონე ბურთში მოგვიწევს კონცენტრირება, ხოლო დედამიწა 9 მმ რადიუსის ბურთად!

შავი ხვრელების სახეები

დაახლოებით ათი წლის წინ, დაკვირვებებმა აჩვენა ორი ტიპის შავი ხვრელის არსებობა: ვარსკვლავური, რომლის მასა შედარებულია მზის მასასთან ან ოდნავ აღემატება მას და სუპერმასიური, რომლის მასა რამდენიმე ასეული ათასიდან მილიონამდე მზის მასას შეადგენს. თუმცა, შედარებით ცოტა ხნის წინ, მაღალი რეზოლუციის რენტგენის გამოსახულებებმა და სპექტრებმა, რომლებიც მიღებულ იქნა ხელოვნური თანამგზავრებისგან, როგორიცაა ჩანდრა და XMM-ნიუტონი, წინა პლანზე წამოიწია შავი ხვრელის მესამე ტიპი - საშუალო მასა მზის მასას ათასობითჯერ აღემატება. .

ვარსკვლავური შავი ხვრელები

ვარსკვლავური შავი ხვრელები სხვებზე ადრე გახდა ცნობილი. ისინი წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც მაღალი მასის ვარსკვლავი, თავისი ევოლუციური გზის ბოლოს, ამოიწურება ბირთვული საწვავი და იშლება საკუთარ თავში საკუთარი გრავიტაციის გამო. ვარსკვლავის დამსხვრევას (ცნობილი, როგორც "სუპერნოვას აფეთქება") აქვს კატასტროფული შედეგები: თუ ვარსკვლავის ბირთვი მზის მასაზე 10-ჯერ აღემატება, ვერც ერთი ბირთვული ძალა ვერ გაუძლებს გრავიტაციულ კოლაფსს, რაც გამოიწვევს შავი ხვრელი.

სუპერმასიური შავი ხვრელები

სუპერმასიური შავი ხვრელები, რომლებიც პირველად აღინიშნა ზოგიერთი აქტიური გალაქტიკის ბირთვებში, განსხვავებული წარმოშობისაა. მათ დაბადებასთან დაკავშირებით რამდენიმე ჰიპოთეზა არსებობს: ვარსკვლავური შავი ხვრელი, რომელიც შთანთქავს მის გარშემო არსებულ ყველა ვარსკვლავს მილიონობით წლის განმავლობაში; შავი ხვრელების შერწყმული გროვა; გაზის კოლოსალური ღრუბელი, რომელიც იშლება პირდაპირ შავ ხვრელში. ეს შავი ხვრელები კოსმოსში ყველაზე ენერგიულ ობიექტებს შორისაა. ისინი განლაგებულია ძალიან ბევრი გალაქტიკის ცენტრში, თუ არა ყველა. ჩვენს გალაქტიკაშიც არის ასეთი შავი ხვრელი. ზოგჯერ, ასეთი შავი ხვრელის არსებობის გამო, ამ გალაქტიკების ბირთვები ძალიან კაშკაშა ხდება. ცენტრში შავი ხვრელების მქონე გალაქტიკებს, რომლებიც გარშემორტყმულია დიდი რაოდენობით დაცემით მატერიით და, შესაბამისად, შეუძლიათ უზარმაზარი ენერგიის გამომუშავება, უწოდებენ "აქტიურს", ხოლო მათ ბირთვებს უწოდებენ "აქტიურ გალაქტიკის ბირთვებს" (AGN). მაგალითად, კვაზარები (ჩვენგან ყველაზე შორეული კოსმოსური ობიექტები, რომლებიც ხელმისაწვდომია ჩვენი დაკვირვებისთვის) აქტიური გალაქტიკებია, რომლებშიც ჩვენ ვხედავთ მხოლოდ ძალიან კაშკაშა ბირთვს.

საშუალო და "მინი"

კიდევ ერთი საიდუმლო რჩება საშუალო მასის შავი ხვრელები, რომლებიც, უახლესი კვლევების თანახმად, შესაძლოა იყოს ზოგიერთი გლობულური გროვის ცენტრში, როგორიცაა M13 და NCC 6388. ბევრი ასტრონომი სკეპტიკურად უყურებს ამ ობიექტებს, მაგრამ ზოგიერთი ბოლო კვლევა ვარაუდობს, რომ არსებობს შავი ხვრელები საშუალო ზომის ჩვენი გალაქტიკის ცენტრიდან არც თუ ისე შორს. ინგლისელმა ფიზიკოსმა სტივენ ჰოკინგმა ასევე წამოაყენა თეორიული ვარაუდი მეოთხე ტიპის შავი ხვრელის არსებობის შესახებ - "მინი ხვრელი", რომლის მასა მხოლოდ მილიარდი ტონაა (რომელიც დაახლოებით უდრის დიდი მთის მასას). ჩვენ ვსაუბრობთ პირველად ობიექტებზე, ანუ მათზე, რომლებიც გამოჩნდნენ სამყაროს სიცოცხლის პირველ მომენტებში, როდესაც წნევა ჯერ კიდევ ძალიან მაღალი იყო. თუმცა მათი არსებობის კვალი ჯერ არ არის აღმოჩენილი.

როგორ მოვძებნოთ შავი ხვრელი

სულ რამდენიმე წლის წინ შავ ხვრელებს შუქი აანთო. მუდმივად გაუმჯობესებული ინსტრუმენტებისა და ტექნოლოგიების წყალობით (როგორც ხმელეთის, ისე კოსმოსური) ეს ობიექტები სულ უფრო ნაკლებად იდუმალება ხდება; უფრო ზუსტად, მათ ირგვლივ სივრცე ნაკლებად იდუმალი ხდება. მართლაც, ვინაიდან შავი ხვრელი თავისთავად უხილავია, ჩვენ შეგვიძლია მისი ამოცნობა მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მას აკრავს საკმარისი მატერია (ვარსკვლავები და ცხელი გაზი), რომელიც ბრუნავს მის გარშემო მცირე მანძილზე.

ორმაგი სისტემების ყურება

ზოგიერთი ვარსკვლავური შავი ხვრელი აღმოაჩინეს ვარსკვლავის ორბიტალურ მოძრაობაზე უხილავი ორობითი კომპანიონის გარშემო. ახლო ორობითი სისტემები (ანუ, რომელიც შედგება ორი ვარსკვლავისგან ერთმანეთთან ძალიან ახლოს), რომლებშიც ერთ-ერთი თანამგზავრი უხილავია, შავი ხვრელების მაძიებელი ასტროფიზიკოსების დაკვირვების საყვარელი ობიექტია.

შავი ხვრელის (ან ნეიტრონული ვარსკვლავის) არსებობის მანიშნებელია რენტგენის სხივების ძლიერი გამოსხივება, რომელიც გამოწვეულია რთული მექანიზმით, რომელიც სქემატურად შეიძლება აღწერილი იყოს შემდეგნაირად. მისი ძლიერი გრავიტაციის გამო, შავ ხვრელს შეუძლია მატერიის ამოღება კომპანიონი ვარსკვლავიდან; ეს გაზი ბრტყელი დისკის სახით ნაწილდება და სპირალურად ვარდება შავ ხვრელში. ჩამოვარდნილი აირის ნაწილაკების შეჯახების შედეგად წარმოქმნილი ხახუნი აცხელებს დისკის შიდა ფენებს რამდენიმე მილიონ გრადუსამდე, რაც იწვევს ძლიერ რენტგენის გამოსხივებას.

რენტგენის დაკვირვებები

ჩვენი გალაქტიკისა და მეზობელი გალაქტიკების ობიექტებზე რენტგენის სხივებზე დაკვირვებამ, რომელიც განხორციელდა რამდენიმე ათეული წლის განმავლობაში, შესაძლებელი გახადა კომპაქტური ბინარული წყაროების აღმოჩენა, რომელთაგან დაახლოებით ათეული არის შავი ხვრელის კანდიდატების შემცველი სისტემები. მთავარი პრობლემა არის უხილავი ციური სხეულის მასის დადგენა. მასის მნიშვნელობა (თუმცა არც თუ ისე ზუსტი) შეიძლება ვიპოვოთ კომპანიონის მოძრაობის შესწავლით ან, რაც ბევრად უფრო რთულია, შემთხვევის მატერიის რენტგენის ინტენსივობის გაზომვით. ამ ინტენსივობას უკავშირდება განტოლება სხეულის მასასთან, რომელზეც ეს ნივთიერება ეცემა.

Ნობელის ლაურეატი

მსგავსი რამ შეიძლება ითქვას მრავალი გალაქტიკის ბირთვში დაფიქსირებულ სუპერმასიური შავი ხვრელების შესახებ, რომელთა მასები ფასდება შავ ხვრელში ჩავარდნილი გაზის ორბიტალური სიჩქარის გაზომვით. ამ შემთხვევაში, გამოწვეული ძალიან დიდი ობიექტის მძლავრი გრავიტაციული ველით, გალაქტიკების ცენტრში მოძრავი გაზის ღრუბლების სიჩქარის სწრაფი ზრდა ვლინდება რადიო დიაპაზონში დაკვირვებით, ასევე ოპტიკურ სხივებში. რენტგენის დიაპაზონში დაკვირვებამ შეიძლება დაადასტუროს ენერგიის გაზრდილი გამოყოფა, რომელიც გამოწვეულია მატერიის შავ ხვრელში დაცემით. რენტგენის კვლევა 1960-იანი წლების დასაწყისში დაიწყო იტალიელმა რიკარდო ჯაკონიმ, რომელიც მუშაობდა აშშ-ში. 2002 წელს მას მიენიჭა ნობელის პრემია "ასტროფიზიკაში მისი მნიშვნელოვანი წვლილისთვის, რამაც გამოიწვია კოსმოსში რენტგენის წყაროების აღმოჩენა".

Cygnus X-1: პირველი კანდიდატი

ჩვენი გალაქტიკა არ არის დაცული შავი ხვრელის კანდიდატი ობიექტების არსებობისგან. საბედნიეროდ, არცერთი ეს ობიექტი არ არის ჩვენთან იმდენად ახლოს, რომ საფრთხე შეუქმნას დედამიწის ან მზის სისტემის არსებობას. კომპაქტური რენტგენის წყაროების დიდი რაოდენობის მიუხედავად (და ეს არის შავი ხვრელების აღმოჩენის ყველაზე სავარაუდო კანდიდატები), ჩვენ არ ვართ დარწმუნებული, რომ ისინი რეალურად შეიცავს შავ ხვრელებს. ამ წყაროებს შორის ერთადერთი, რომელსაც არ აქვს ალტერნატიული ვერსია, არის ახლო ბინარული Cygnus X-1, ანუ ყველაზე კაშკაშა რენტგენის წყარო თანავარსკვლავედში Cygnus.

მასიური ვარსკვლავები

ეს სისტემა, ორბიტალური პერიოდით 5,6 დღე, შედგება დიდი ზომის ძალიან კაშკაშა ცისფერი ვარსკვლავისგან (მისი დიამეტრი მზეზე 20-ჯერ მეტია, ხოლო მასა დაახლოებით 30-ჯერ), ადვილად გასარჩევი ტელესკოპშიც კი. უხილავი მეორე ვარსკვლავი, მასა, რომელიც შეფასებულია რამდენიმე მზის მასით (10-მდე). ჩვენგან 6500 სინათლის წლის მანძილზე მდებარე მეორე ვარსკვლავი მშვენივრად შესამჩნევი იქნებოდა, ჩვეულებრივი ვარსკვლავი რომ ყოფილიყო. მისმა უხილავობამ, სისტემის მძლავრმა რენტგენოლოგიურმა სხივებმა და, ბოლოს და ბოლოს, მისმა მასის შეფასებით, ასტრონომების უმეტესობამ დააჯერა, რომ ეს არის ვარსკვლავური შავი ხვრელის პირველი დადასტურებული აღმოჩენა.

ეჭვები

თუმცა არიან სკეპტიკოსებიც. მათ შორის არის შავი ხვრელების ერთ-ერთი უდიდესი მკვლევარი, ფიზიკოსი სტივენ ჰოკინგი. მან ფსონიც კი დადო თავის ამერიკელ კოლეგასთან კილ თორნთან, რომელიც Cygnus X-1-ის შავ ხვრელად კლასიფიკაციის მტკიცე მომხრე იყო.

Cygnus X-1 ობიექტის ბუნების შესახებ დავა არ არის ჰოკინგის ერთადერთი ფსონი. რამდენიმე ათეული წელი მიუძღვნა შავი ხვრელების თეორიულ შესწავლას და დარწმუნდა ამ იდუმალი ობიექტების შესახებ მისი წინა იდეების მცდარობაში. კერძოდ, ჰოკინგმა ივარაუდა, რომ მატერია შავ ხვრელში ჩავარდნის შემდეგ სამუდამოდ ქრება და მასთან ერთად ქრება მთელი მისი ინფორმაციული ბარგი. . ის იმდენად დარწმუნებული იყო ამაში, რომ ამ თემაზე ფსონი დადო 1997 წელს თავის ამერიკელ კოლეგასთან ჯონ პრესკილთან ერთად.

შეცდომის აღიარება

2004 წლის 21 ივლისს, დუბლინში ფარდობითობის კონგრესზე გამოსვლაში ჰოკინგმა აღიარა, რომ პრესკილი მართალი იყო. შავი ხვრელები არ იწვევს მატერიის სრულ გაქრობას. უფრო მეტიც, მათ აქვთ გარკვეული სახის "მეხსიერება". მათ შიგნით შეიძლება კარგად იყოს შენახული კვალი იმისა, რაც მათ შთანთქა. ამრიგად, „აორთქლებით“ (ანუ კვანტური ეფექტის გამო რადიაციის ნელ-ნელა გამოსხივებით), მათ შეუძლიათ ამ ინფორმაციის დაბრუნება ჩვენს სამყაროში.

შავი ხვრელები გალაქტიკაში

ასტრონომებს ჯერ კიდევ ბევრი ეჭვი აქვთ ჩვენს გალაქტიკაში ვარსკვლავური შავი ხვრელების არსებობასთან დაკავშირებით (როგორც ის, რომელიც ეკუთვნის Cygnus X-1 ორობით სისტემას); მაგრამ გაცილებით ნაკლებია ეჭვი სუპერმასიური შავი ხვრელების შესახებ.

Ცენტრში

ჩვენს გალაქტიკაში არის სულ მცირე ერთი სუპერმასიური შავი ხვრელი. მისი წყარო, რომელიც ცნობილია როგორც Sagittarius A*, მდებარეობს ზუსტად ირმის ნახტომის სიბრტყის ცენტრში. მისი სახელწოდება აიხსნება იმით, რომ ეს არის ყველაზე ძლიერი რადიო წყარო თანავარსკვლავედის მშვილდოსანში. სწორედ ამ მიმართულებით არის განლაგებული ჩვენი გალაქტიკური სისტემის როგორც გეომეტრიული, ასევე ფიზიკური ცენტრები. ჩვენგან დაახლოებით 26000 სინათლის წლის მანძილზე მდებარე სუპერმასიური შავი ხვრელი, რომელიც დაკავშირებულია რადიოტალღების წყაროსთან, Sagittarius A *, აქვს მასა დაახლოებით 4 მილიონი მზის მასით, ჩასმული სივრცეში, რომლის მოცულობაც შედარებულია მზის სისტემის მოცულობა. ჩვენთან შედარებით სიახლოვემ (ეს სუპერმასიური შავი ხვრელი უდავოდ ყველაზე ახლოსაა დედამიწასთან) განაპირობა ამ ობიექტს ბოლო წლების განმავლობაში ჩანდრას კოსმოსური ობსერვატორიის მიერ განსაკუთრებით ღრმა დაკვირვების ქვეშ. კერძოდ, გაირკვა, რომ ის ასევე რენტგენის სხივების მძლავრი წყაროა (მაგრამ არა ისეთი ძლიერი, როგორც წყაროები აქტიურ გალაქტიკურ ბირთვებში). მშვილდოსანი A* შეიძლება იყოს მიძინებული ნარჩენი იმისა, რაც იყო ჩვენი გალაქტიკის აქტიური ბირთვი მილიონობით ან მილიარდობით წლის წინ.

მეორე შავი ხვრელი?

თუმცა, ზოგიერთი ასტრონომი თვლის, რომ ჩვენს გალაქტიკაში არის კიდევ ერთი სიურპრიზი. ჩვენ ვსაუბრობთ საშუალო მასის მეორე შავ ხვრელზე, რომელიც აერთიანებს ახალგაზრდა ვარსკვლავების გროვას და არ აძლევს მათ საშუალებას, მოხვდნენ სუპერმასიურ შავ ხვრელში, რომელიც მდებარეობს თავად გალაქტიკის ცენტრში. როგორ შეიძლება, რომ მისგან ერთ სინათლის წელზე ნაკლებ მანძილზე არსებობდეს ვარსკვლავური გროვა, რომლის ასაკმა ძლივს მიაღწია 10 მილიონ წელს, ანუ, ასტრონომიული სტანდარტებით, ძალიან ახალგაზრდა? მკვლევარების აზრით, პასუხი მდგომარეობს იმაში, რომ გროვა იქ არ დაბადებულა (ცენტრალური შავი ხვრელის გარშემო არსებული გარემო ზედმეტად მტრულია ვარსკვლავების ფორმირებისთვის), მაგრამ იქ „დახატულია“ შიგნით მეორე შავი ხვრელის არსებობის გამო. მას აქვს საშუალო მნიშვნელობების მასა.

ორბიტაზე

სუპერმასიური შავი ხვრელის მიერ მიზიდული გროვის ცალკეულმა ვარსკვლავებმა დაიწყეს გადაადგილება გალაქტიკური ცენტრისკენ. თუმცა, კოსმოსში გაფანტვის ნაცვლად, ისინი ერთად რჩებიან გროვის ცენტრში მდებარე მეორე შავი ხვრელის მიზიდულობის გამო. ამ შავი ხვრელის მასა შეიძლება შეფასდეს მისი უნარით დაიჭიროს მთელი ვარსკვლავური გროვა „ლაყალზე“. საშუალო ზომის შავი ხვრელი, როგორც ჩანს, დაახლოებით 100 წელიწადში ბრუნავს ცენტრალური შავი ხვრელის გარშემო. ეს ნიშნავს, რომ მრავალი წლის განმავლობაში გრძელვადიანი დაკვირვება საშუალებას მოგვცემს მისი „დანახვა“.

ს.ტრანკოვსკი

თანამედროვე ფიზიკისა და ასტროფიზიკის ყველაზე მნიშვნელოვან და საინტერესო პრობლემებს შორის, აკადემიკოსმა ვ. ამ უცნაური ობიექტების არსებობა იწინასწარმეტყველეს ორასზე მეტი წლის წინ, მათი ჩამოყალიბების პირობები ზუსტად იყო გათვლილი XX საუკუნის 30-იანი წლების ბოლოს და ასტროფიზიკა მათ ორმოცი წლის წინ შეეხო. დღეს სამეცნიერო ჟურნალები მთელს მსოფლიოში ყოველწლიურად აქვეყნებენ ათასობით სტატიას შავი ხვრელების შესახებ.

შავი ხვრელის ფორმირება შეიძლება მოხდეს სამი გზით.

ასე ჩვეულია კოლაფსირებული შავი ხვრელის მიდამოებში მიმდინარე პროცესების გამოსახვა. დრო გადის (Y), მის ირგვლივ სივრცე (X) (დაჩრდილული ტერიტორია) მცირდება სინგულარობისკენ.

შავი ხვრელის გრავიტაციული ველი ქმნის ძლიერ დამახინჯებებს სივრცის გეომეტრიაში.

შავი ხვრელი, რომელიც ტელესკოპით უხილავია, თავს მხოლოდ მისი გრავიტაციული გავლენით ავლენს.

შავი ხვრელის მძლავრ გრავიტაციულ ველში იბადება ნაწილაკი-ანტინაწილაკის წყვილი.

ნაწილაკ-ანტინაწილაკების წყვილის დაბადება ლაბორატორიაში.

როგორ ჩნდებიან ისინი

მანათობელი ციური სხეული, რომელსაც აქვს დედამიწის სიმკვრივის ტოლი და დიამეტრი ორას ორმოცდაათჯერ აღემატება მზის დიამეტრს, მისი მიზიდულობის ძალის გამო, არ დაუშვებს მის სინათლეს ჩვენამდე მოხვედრას. ამრიგად, შესაძლებელია, რომ სამყაროს უდიდესი მანათობელი სხეულები, სწორედ მათი ზომის გამო, უხილავი დარჩეს.
პიერ სიმონ ლაპლასი.
მსოფლიოს სისტემის პრეზენტაცია. 1796 წ

1783 წელს ინგლისელმა მათემატიკოსმა ჯონ მიტჩელმა და ცამეტი წლის შემდეგ მისგან დამოუკიდებლად ფრანგმა ასტრონომმა და მათემატიკოსმა პიერ სიმონ ლაპლასმა ჩაატარეს ძალიან უცნაური კვლევა. მათ განიხილეს პირობები, რომლებშიც სინათლე ვერ დატოვებს ვარსკვლავს.

მეცნიერთა ლოგიკა მარტივი იყო. ნებისმიერი ასტრონომიული ობიექტისთვის (პლანეტა თუ ვარსკვლავი) შეგიძლიათ გამოთვალოთ ეგრეთ წოდებული გაქცევის სიჩქარე, ან მეორე კოსმოსური სიჩქარე, რომელიც საშუალებას აძლევს ნებისმიერ სხეულს ან ნაწილაკს სამუდამოდ დატოვოს იგი. და იმდროინდელ ფიზიკაში მეფობდა ნიუტონის თეორია, რომლის მიხედვითაც სინათლე არის ნაწილაკების ნაკადი (თითქმის ას ორმოცდაათი წელი დარჩა ელექტრომაგნიტური ტალღების და კვანტების თეორიამდე). ნაწილაკების გაქცევის სიჩქარე შეიძლება გამოითვალოს პლანეტის ზედაპირზე პოტენციური ენერგიის თანასწორობის საფუძველზე და სხეულის კინეტიკური ენერგიის "გაქცევის" უსასრულოდ დიდ მანძილზე. ეს სიჩქარე განისაზღვრება ფორმულით #1#

სადაც მარის კოსმოსური ობიექტის მასა, რარის მისი რადიუსი, გარის გრავიტაციული მუდმივი.

აქედან ადვილად მიიღება მოცემული მასის სხეულის რადიუსი (მოგვიანებით უწოდეს „გრავიტაციული რადიუსი“ რ g"), რომლის დროსაც გაქცევის სიჩქარე უდრის სინათლის სიჩქარეს:

ეს ნიშნავს, რომ ვარსკვლავი შეკუმშულია რადიუსის სფეროში რგ< 2GM/გ 2 შეწყვეტს გამოსხივებას - სინათლე ვერ დატოვებს მას. სამყაროში შავი ხვრელი გამოჩნდება.

ადვილია გამოთვალოთ, რომ მზე (მისი მასა 2,1033 გ) გადაიქცევა შავ ხვრელად, თუ ის შემცირდება დაახლოებით 3 კილომეტრის რადიუსზე. მისი ნივთიერების სიმკვრივე ამ შემთხვევაში 10 16 გ/სმ 3-ს მიაღწევს. დედამიწის რადიუსი, შეკუმშული შავი ხვრელის მდგომარეობამდე, შემცირდება დაახლოებით ერთ სანტიმეტრამდე.

წარმოუდგენელი ჩანდა, რომ ბუნებაში ძალები აღმოაჩინეს, რომლებსაც შეეძლოთ ვარსკვლავის ასეთ უმნიშვნელო ზომამდე შეკუმშვა. ამიტომ, მიტჩელისა და ლაპლასის მუშაობის დასკვნები ას წელზე მეტი ხნის განმავლობაში განიხილებოდა მათემატიკური პარადოქსის მსგავსი, რომელსაც ფიზიკური მნიშვნელობა არ აქვს.

მკაცრი მათემატიკური მტკიცებულება იმისა, რომ ასეთი ეგზოტიკური ობიექტი სივრცეში შესაძლებელია, მხოლოდ 1916 წელს იქნა მიღებული. გერმანელმა ასტრონომმა კარლ შვარცშილდმა, რომელმაც გააანალიზა ალბერტ აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის განტოლებები, მიიღო საინტერესო შედეგი. მასიური სხეულის გრავიტაციულ ველში ნაწილაკების მოძრაობის შესწავლის შემდეგ, მან მივიდა დასკვნამდე, რომ განტოლება კარგავს ფიზიკურ მნიშვნელობას (მისი ამოხსნა მიდის უსასრულობამდე), როდესაც რ= 0 და რ = რგ.

წერტილებს, რომლებზეც ველის მახასიათებლები კარგავს თავის მნიშვნელობას, ეწოდება სინგულარული, ანუ განსაკუთრებული. ნულოვანი წერტილის სინგულარობა ასახავს წერტილს, ან, იგივე, ცენტრალურად სიმეტრიულ ველის სტრუქტურას (ბოლოს და ბოლოს, ნებისმიერი სფერული სხეული - ვარსკვლავი ან პლანეტა - შეიძლება წარმოდგენილი იყოს როგორც მატერიალური წერტილი). და რადიუსის მქონე სფერულ ზედაპირზე მდებარე წერტილები რგ , ქმნიან იმ ზედაპირს, საიდანაც გაქცევის სიჩქარე უდრის სინათლის სიჩქარეს. ფარდობითობის ზოგად თეორიაში მას ეწოდება შვარცშილდის სინგულარული სფერო ან მოვლენათა ჰორიზონტი (რატომ - მოგვიანებით გაირკვევა).

უკვე ჩვენთვის ნაცნობი ობიექტების მაგალითზე - დედამიწა და მზე - ცხადია, რომ შავი ხვრელები ძალიან უცნაური ობიექტებია. ასტრონომებიც კი, რომლებიც ექსტრემალურ ტემპერატურაზე, სიმკვრივესა და ზეწოლაში მატერიას ეწევიან, მათ ძალიან ეგზოტიკურად მიიჩნევენ და ბოლო დრომდე ყველას არ სჯეროდა მათი არსებობის. თუმცა შავი ხვრელების წარმოქმნის შესაძლებლობის პირველ მინიშნებებს უკვე შეიცავდა ა.აინშტაინის ფარდობითობის ზოგად თეორია, რომელიც შეიქმნა 1915 წელს. ინგლისელმა ასტრონომმა არტურ ედინგტონმა, ფარდობითობის თეორიის ერთ-ერთმა პირველმა ინტერპრეტენტმა და პოპულარიზაციამ, 1930-იან წლებში გამოიტანა განტოლებათა სისტემა, რომელიც აღწერს ვარსკვლავების შინაგან სტრუქტურას. მათგან გამომდინარეობს, რომ ვარსკვლავი წონასწორობაში იმყოფება საპირისპირო მიმართული გრავიტაციული ძალების მოქმედებით და შინაგანი წნევით, რომელიც იქმნება სანათის შიგნით ცხელი პლაზმის ნაწილაკების მოძრაობით და მის სიღრმეებში წარმოქმნილი გამოსხივების წნევით. და ეს ნიშნავს, რომ ვარსკვლავი არის გაზის ბურთი, რომლის ცენტრში არის მაღალი ტემპერატურა, თანდათან მცირდება პერიფერიისკენ. განტოლებიდან, კერძოდ, ირკვევა, რომ მზის ზედაპირის ტემპერატურა დაახლოებით 5500 გრადუსია (რაც საკმაოდ შეესაბამება ასტრონომიული გაზომვების მონაცემებს), ხოლო მის ცენტრში უნდა იყოს დაახლოებით 10 მილიონი გრადუსი. ამან ედინგტონს წინასწარმეტყველური დასკვნის გაკეთების საშუალება მისცა: ასეთ ტემპერატურაზე თერმობირთვული რეაქცია „ინთება“, საკმარისია მზის ნათების უზრუნველსაყოფად. ამას არ ეთანხმებოდნენ მაშინდელი ატომური ფიზიკოსები. მათ მოეჩვენათ, რომ ვარსკვლავის ნაწლავებში ძალიან „ცივა“ იყო: იქ ტემპერატურა არასაკმარისი იყო რეაქციის „წასვლისთვის“. ამაზე განრისხებულმა თეორეტიკოსმა უპასუხა: "მოძებნე უფრო ცხელი ადგილი!"

და ბოლოს, ის მართალი აღმოჩნდა: თერმობირთვული რეაქცია ნამდვილად ხდება ვარსკვლავის ცენტრში (სხვა ის არის, რომ ეგრეთ წოდებული "სტანდარტული მზის მოდელი", რომელიც დაფუძნებულია თერმობირთვული შერწყმის შესახებ იდეებზე, აშკარად აღმოჩნდა იყოს არასწორი - იხილეთ, მაგალითად, „მეცნიერება და ცხოვრება“ No2, 3, 2000 წ.). მიუხედავად ამისა, რეაქცია ვარსკვლავის ცენტრში ხდება, ვარსკვლავი ანათებს და გამოსხივება, რომელიც წარმოიქმნება ამ შემთხვევაში, ინარჩუნებს მას სტაბილურ მდგომარეობაში. მაგრამ ახლა ვარსკვლავში ბირთვული „საწვავი“ იწვის. ენერგიის გამოყოფა ჩერდება, გამოსხივება ქრება და ძალა, რომელიც აკავებს გრავიტაციულ მიზიდულობას, ქრება. არსებობს ვარსკვლავის მასის შეზღუდვა, რის შემდეგაც ვარსკვლავი იწყებს შეუქცევად შემცირებას. გამოთვლები აჩვენებს, რომ ეს ხდება იმ შემთხვევაში, თუ ვარსკვლავის მასა აღემატება ორ ან სამ მზის მასას.

გრავიტაციული კოლაფსი

თავდაპირველად, ვარსკვლავის შეკუმშვის სიჩქარე მცირეა, მაგრამ მისი სიჩქარე მუდმივად იზრდება, რადგან მიზიდულობის ძალა უკუპროპორციულია მანძილის კვადრატთან. შეკუმშვა ხდება შეუქცევადი, არ არსებობს ძალები, რომლებსაც შეუძლიათ თვითმიზიდულობის წინააღმდეგობა. ამ პროცესს გრავიტაციული კოლაფსი ეწოდება. ვარსკვლავის გარსის სიჩქარე ცენტრისკენ იზრდება, უახლოვდება სინათლის სიჩქარეს. და აქ ფარდობითობის თეორიის ეფექტი იწყებს როლს.

გაქცევის სიჩქარე გამოითვალა ნიუტონის იდეების საფუძველზე სინათლის ბუნების შესახებ. ფარდობითობის ზოგადი თვალსაზრისით, კოლაფსირებული ვარსკვლავის სიახლოვეს მოვლენები გარკვეულწილად განსხვავებულად ხდება. მის მძლავრ გრავიტაციულ ველში ხდება ეგრეთ წოდებული გრავიტაციული წითელშიფრა. ეს ნიშნავს, რომ მასიური ობიექტიდან გამოსხივების სიხშირე გადადის დაბალი სიხშირეებისკენ. ლიმიტში, შვარცშილდის სფეროს საზღვარზე, გამოსხივების სიხშირე ხდება ნულის ტოლი. ანუ მის გარეთ მყოფი დამკვირვებელი ვერაფერს გაიგებს იმის შესახებ, რაც შიგნით ხდება. ამიტომ შვარცშილდის სფეროს მოვლენათა ჰორიზონტს უწოდებენ.

მაგრამ სიხშირის შემცირება დროის შენელების ტოლფასია და როცა სიხშირე ნულდება, დრო ჩერდება. ეს ნიშნავს, რომ გარე დამკვირვებელი დაინახავს ძალიან უცნაურ სურათს: ვარსკვლავის ჭურვი, რომელიც მზარდი აჩქარებით ეცემა, სინათლის სიჩქარეს მიღწევის ნაცვლად, ჩერდება. მისი გადმოსახედიდან, შეკუმშვა შეწყდება, როგორც კი ვარსკვლავის ზომა მიუახლოვდება გრავიტაციულ რადიუსს
ულვაში. ის ვერასდროს დაინახავს შვარცშილდის სფეროს ქვეშ „ჩაყვინთვის“ თუნდაც ერთ ნაწილაკს. მაგრამ შავ ხვრელში ჩავარდნილი ჰიპოთეტური დამკვირვებლისთვის ყველაფერი მისი საათის მიხედვით რამდენიმე წამში დასრულდება. ამრიგად, მზის ზომის ვარსკვლავისთვის გრავიტაციული კოლაფსის დრო იქნება 29 წუთი, ხოლო ბევრად უფრო მკვრივი და კომპაქტური ნეიტრონული ვარსკვლავისთვის, წამში მხოლოდ 1/20000. და აი ის უჭირს, რომელიც დაკავშირებულია სივრც-დროის გეომეტრიასთან შავ ხვრელთან.

დამკვირვებელი შემოდის მოხრილ სივრცეში. გრავიტაციის რადიუსთან მიზიდულობის ძალები უსასრულოდ დიდი ხდება; ისინი აჭიმებენ რაკეტას ასტრონავტ-დამკვირვებელთან ერთად უსასრულო სიგრძის უსასრულოდ თხელ ძაფში. მაგრამ ის თავად ვერ შეამჩნევს ამას: მისი ყველა დეფორმაცია შეესაბამება სივრცე-დროის კოორდინატების დამახინჯებას. ეს მოსაზრებები, რა თქმა უნდა, ეხება იდეალურ, ჰიპოთეტურ შემთხვევას. ნებისმიერი რეალური სხეული შვარცშილდის სფეროსთან მიახლოებამდე დიდი ხნით ადრე დაიშლება მოქცევის ძალებით.

შავი ხვრელების ზომები

შავი ხვრელის ზომა, უფრო სწორად, შვარცშილდის სფეროს რადიუსი პროპორციულია ვარსკვლავის მასის. და რადგან ასტროფიზიკა არ აწესებს რაიმე შეზღუდვას ვარსკვლავის ზომაზე, შავი ხვრელი შეიძლება იყოს თვითნებურად დიდი. თუ, მაგალითად, ის წარმოიშვა 108 მზის მასის მქონე ვარსკვლავის დაშლის დროს (ან ასობით ათასი, ან თუნდაც მილიონობით შედარებით პატარა ვარსკვლავის შერწყმის გამო), მისი რადიუსი იქნება დაახლოებით 300 მილიონი კილომეტრი, ორჯერ დედამიწის ორბიტაზე. და ასეთი გიგანტის ნივთიერების საშუალო სიმკვრივე ახლოს არის წყლის სიმკვრივესთან.

როგორც ჩანს, სწორედ ასეთი შავი ხვრელები გვხვდება გალაქტიკების ცენტრებში. ნებისმიერ შემთხვევაში, დღეს ასტრონომები ორმოცდაათამდე გალაქტიკას ითვლიან, რომელთა ცენტრში, არაპირდაპირი ნიშნებით ვიმსჯელებთ (მათზე ქვემოთ ვისაუბრებთ), არის შავი ხვრელები, რომელთა მასა დაახლოებით მილიარდი (10 9) მზისაა. როგორც ჩანს, ჩვენს გალაქტიკას ასევე აქვს თავისი შავი ხვრელი; მისი მასა საკმაოდ ზუსტად შეფასდა - 2,4. მზის მასის 10 6 ± 10%.

თეორია ვარაუდობს, რომ ასეთ სუპერგიგანტებთან ერთად უნდა გაჩენილიყო შავი მინი ხვრელები, რომელთა მასა დაახლოებით 10 14 გ და რადიუსია დაახლოებით 10 -12 სმ (ატომის ბირთვის ზომა). ისინი შეიძლება გამოჩნდნენ სამყაროს არსებობის პირველ მომენტებში, როგორც სივრცე-დროის ძალიან ძლიერი არაჰომოგენურობის გამოვლინება კოლოსალური ენერგიის სიმკვრივით. იმ პირობებს, რომლებიც მაშინ არსებობდა სამყაროში, ახლა რეალიზებულია მკვლევარების მიერ მძლავრი კოლაიდერების (აჩქარებლები შეჯახების სხივებზე). ამ წლის დასაწყისში CERN-ში ჩატარებულმა ექსპერიმენტებმა შესაძლებელი გახადა კვარკ-გლუონური პლაზმის მიღება - მატერია, რომელიც არსებობდა ელემენტარული ნაწილაკების გამოჩენამდე. ამ მდგომარეობის კვლევა ბრუკჰავენში, ამაჩქარებლის ამერიკულ ცენტრში გრძელდება. მას შეუძლია დააჩქაროს ნაწილაკების ენერგია ერთი და ნახევარი ან ორი რიგის სიდიდისკენ, ვიდრე ამაჩქარებელი
CERN. მოახლოებულმა ექსპერიმენტმა სერიოზული შფოთვა გამოიწვია: გაჩნდება თუ არა შავი მინი ხვრელი მისი განხორციელების დროს, რომელიც ჩვენს სივრცეს დაამახინჯებს და დედამიწას გაანადგურებს?

ამ შიშმა ისეთი ძლიერი გამოხმაურება გამოიწვია, რომ აშშ-ს მთავრობა იძულებული გახდა მოეწვია ავტორიტეტული კომისია ამ შესაძლებლობის შესამოწმებლად. კომისიამ, რომელიც შედგებოდა გამოჩენილი მკვლევარებისგან, დაასკვნა, რომ ამაჩქარებლის ენერგია ძალიან დაბალია შავი ხვრელის წარმოქმნისთვის (ეს ექსპერიმენტი აღწერილია ჟურნალში Nauka i Zhizn, No. 3, 2000 წ.).

როგორ დავინახოთ უხილავი

შავი ხვრელები არაფერს ასხივებენ, სინათლესაც კი. თუმცა, ასტრონომებმა ისწავლეს მათი დანახვა, უფრო სწორად, ამ როლისთვის „კანდიდატების“ პოვნა. შავი ხვრელის აღმოსაჩენად სამი გზა არსებობს.

1. აუცილებელია თვალყური ადევნოთ ვარსკვლავების მიმოქცევას გროვად გარკვეული სიმძიმის ცენტრის გარშემო. თუ აღმოჩნდება, რომ ამ ცენტრში არაფერია და ვარსკვლავები ბრუნავენ, თითქოსდა, ცარიელი ადგილის ირგვლივ, შეიძლება საკმარისი დარწმუნებით ითქვას: ამ „სიცარიელეში“ არის შავი ხვრელი. სწორედ ამის საფუძველზე იქნა დაშვებული შავი ხვრელის არსებობა ჩვენი გალაქტიკის ცენტრში და დადგინდა მისი მასა.

2. შავი ხვრელი აქტიურად შთანთქავს მატერიას მიმდებარე სივრციდან. ვარსკვლავთშორისი მტვერი, გაზი, ახლომდებარე ვარსკვლავების მატერია მასზე სპირალურად ეცემა და ქმნიან ეგრეთ წოდებულ აკრეციულ დისკს, სატურნის რგოლის მსგავსი. (ბრუკჰავენის ექსპერიმენტში სწორედ ეს იყო საშინელი: ამაჩქარებელში გაჩენილი შავი მინი ხვრელი დედამიწის შეწოვას დაიწყებს საკუთარ თავში და ამ პროცესს ვერანაირი ძალები ვერ შეაჩერებენ.) შვარცშილდის სფეროსთან მიახლოება, ნაწილაკები. განიცდის აჩქარებას და იწყებს გამოსხივებას რენტგენის დიაპაზონში. ამ გამოსხივებას აქვს დამახასიათებელი სპექტრი სინქროტრონში აჩქარებული ნაწილაკების კარგად შესწავლილი გამოსხივების მსგავსი. და თუ ასეთი გამოსხივება მოდის სამყაროს რომელიმე რეგიონიდან, შეგვიძლია დარწმუნებით ვთქვათ, რომ იქ შავი ხვრელი უნდა იყოს.

3. ორი შავი ხვრელის შერწყმისას წარმოიქმნება გრავიტაციული გამოსხივება. გამოითვლება, რომ თუ თითოეულის მასა დაახლოებით ათი მზის მასაა, მაშინ როდესაც ისინი რამდენიმე საათში შერწყმულია, ენერგია მათი მთლიანი მასის 1%-ის ექვივალენტური იქნება გრავიტაციული ტალღების სახით. ეს ათასჯერ მეტია ვიდრე სინათლე, სითბო და სხვა ენერგია, რომელიც მზემ გამოუშვა თავისი არსებობის მთელი პერიოდის განმავლობაში - ხუთი მილიარდი წლის განმავლობაში. ისინი იმედოვნებენ, რომ გრავიტაციულ გამოსხივებას აღმოაჩენენ გრავიტაციულ-ტალღური ობსერვატორიების LIGO და სხვათა დახმარებით, რომლებიც ახლა შენდება ამერიკასა და ევროპაში რუსი მკვლევარების მონაწილეობით (იხ. „მეცნიერება და ცხოვრება“ No5, 2000 წ.).

და მაინც, მიუხედავად იმისა, რომ ასტრონომებს ეჭვი არ ეპარებათ შავი ხვრელების არსებობაში, კატეგორიულად ვერავინ იტყვის, რომ ზუსტად ერთი მათგანი მდებარეობს კოსმოსის მოცემულ წერტილში. სამეცნიერო ეთიკა, მკვლევარის კეთილსინდისიერება მოითხოვს დასმულ კითხვაზე ცალსახა პასუხს, რომელიც არ მოითმენს შეუსაბამობებს. საკმარისი არ არის უხილავი ობიექტის მასის შეფასება, თქვენ უნდა გაზომოთ მისი რადიუსი და აჩვენოთ, რომ ის არ აღემატება შვარცშილდის რადიუსს. და ჩვენს გალაქტიკაშიც კი, ეს პრობლემა ჯერ არ არის მოგვარებული. სწორედ ამიტომ, მეცნიერები გარკვეულ თავშეკავებას იჩენენ თავიანთი აღმოჩენის შესახებ, ხოლო სამეცნიერო ჟურნალები ფაქტიურად სავსეა თეორიული სამუშაოების მოხსენებებით და ეფექტებზე დაკვირვებით, რამაც შეიძლება ნათელი მოჰფინოს მათ საიდუმლოებას.

მართალია, შავ ხვრელებს ასევე აქვთ თეორიულად ნაწინასწარმეტყველები ერთი თვისება, რომელიც, შესაძლოა, შესაძლებელს გახდის მათ დანახვას. თუმცა, ერთი პირობით: შავი ხვრელის მასა მზის მასაზე ბევრად ნაკლები უნდა იყოს.

შავი ხვრელი შეიძლება იყოს "თეთრი"

დიდი ხნის განმავლობაში შავი ხვრელები ითვლებოდა სიბნელის განსახიერებად, ობიექტები, რომლებიც ვაკუუმში, მატერიის შთანთქმის არარსებობის შემთხვევაში, არაფერს ასხივებენ. თუმცა, 1974 წელს ცნობილმა ინგლისელმა თეორეტიკოსმა სტივენ ჰოკინგმა აჩვენა, რომ შავ ხვრელებს შეიძლება მიენიჭოთ ტემპერატურა და ამიტომ უნდა ასხივონ.

კვანტური მექანიკის ცნებების მიხედვით, ვაკუუმი არის არა სიცარიელე, არამედ ერთგვარი „სივრცე-დროის ქაფი“, ვირტუალური (ჩვენს სამყაროში დაუკვირვებადი) ნაწილაკების ბუდე. თუმცა, კვანტური ენერგიის რყევებს შეუძლიათ ნაწილაკ-ანტინაწილაკების წყვილი ვაკუუმიდან „გადააგდონ“. მაგალითად, როდესაც ორი ან სამი გამა კვანტი ერთმანეთს ეჯახება, ელექტრონი და პოზიტრონი გამოჩნდება თითქოს არაფრისგან. ეს და მსგავსი ფენომენი არაერთხელ დაფიქსირდა ლაბორატორიებში.

სწორედ კვანტური რყევები განსაზღვრავს შავი ხვრელების გამოსხივების პროცესებს. თუ წყვილი ნაწილაკები ენერგიებით ედა -ე(წყვილის ჯამური ენერგია ნულია), წარმოიქმნება შვარცშილდის სფეროს სიახლოვეს, ნაწილაკების შემდგომი ბედი განსხვავებული იქნება. მათ შეუძლიათ თითქმის მაშინვე განადგურება ან ერთად გადავიდნენ მოვლენის ჰორიზონტის ქვეშ. ამ შემთხვევაში შავი ხვრელის მდგომარეობა არ შეიცვლება. მაგრამ თუ მხოლოდ ერთი ნაწილაკი გადის ჰორიზონტის ქვეშ, დამკვირვებელი დაარეგისტრირებს მეორეს და მოეჩვენება, რომ იგი წარმოიქმნება შავი ხვრელის მიერ. ამ შემთხვევაში, შავი ხვრელი, რომელმაც შთანთქა ნაწილაკი ენერგიით -ე, შეამცირებს მის ენერგიას და ენერგიით ე- მომატება.

ჰოკინგმა გამოთვალა ტემპები, რომლითაც მიმდინარეობს ყველა ეს პროცესი და მივიდა დასკვნამდე, რომ უარყოფითი ენერგიის მქონე ნაწილაკების შთანთქმის ალბათობა უფრო მაღალია. ეს ნიშნავს, რომ შავი ხვრელი კარგავს ენერგიას და მასას - ის ორთქლდება. გარდა ამისა, ის ასხივებს, როგორც სრულიად შავი სხეული ტემპერატურასთან ერთად თ = 6 . 10 -8 მერთად / მკელვინი, სადაც მ c არის მზის მასა (2,1033 გ), მარის შავი ხვრელის მასა. ეს მარტივი ურთიერთობა გვიჩვენებს, რომ შავი ხვრელის ტემპერატურა მზის მასაზე ექვსჯერ არის ას მემილიონედი გრადუსი. გასაგებია, რომ ასეთი ცივი სხეული პრაქტიკულად არაფერს ასხივებს და ყველა ზემოთ ჩამოთვლილი არგუმენტი ძალაში რჩება. კიდევ ერთი რამ - მინი ხვრელები. ადვილი მისახვედრია, რომ 10 14 -10 30 გრამიანი მასით თბება ათიათასობით გრადუსამდე და თეთრად ცხელა! თუმცა, დაუყოვნებლივ უნდა აღინიშნოს, რომ არ არსებობს წინააღმდეგობები შავი ხვრელების თვისებებთან: ეს გამოსხივება გამოიყოფა შვარცშილდის სფეროს ზემოთ ფენით და არა მის ქვემოთ.

ასე რომ, შავი ხვრელი, რომელიც თითქოს სამუდამოდ გაყინული ობიექტი იყო, ადრე თუ გვიან ქრება და აორთქლდება. უფრო მეტიც, „წონის დაკლებისას“ იზრდება აორთქლების სიჩქარე, მაგრამ ამას მაინც ძალიან დიდი დრო სჭირდება. ვარაუდობენ, რომ 10 14 გრამიანი მინი ხვრელები, რომლებიც გაჩნდა დიდი აფეთქების შემდეგ 10-15 მილიარდი წლის წინ, ჩვენს დროში მთლიანად უნდა აორთქლდეს. მათი სიცოცხლის ბოლო ეტაპზე მათი ტემპერატურა კოლოსალურ მნიშვნელობას აღწევს, ამიტომ აორთქლების პროდუქტები უნდა იყოს უკიდურესად მაღალი ენერგიის ნაწილაკები. შესაძლებელია, რომ სწორედ ისინი წარმოქმნიან ფართო ატმოსფერულ წვიმებს - EAS-ებს დედამიწის ატმოსფეროში. ნებისმიერ შემთხვევაში, ანომალიურად მაღალი ენერგიის ნაწილაკების წარმოშობა კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი და საინტერესო პრობლემაა, რომელიც შეიძლება მჭიდროდ იყოს დაკავშირებული შავი ხვრელის ფიზიკის თანაბრად საინტერესო კითხვებთან.

გამოქვეყნების თარიღი: 27.09.2012წ

ადამიანების უმეტესობას ბუნდოვანი ან არასწორი წარმოდგენა აქვს იმის შესახებ, თუ რა არის შავი ხვრელები. იმავდროულად, ეს სამყაროს ისეთი გლობალური და ძლიერი ობიექტებია, რომლებთან შედარებით ჩვენი პლანეტა და მთელი ჩვენი ცხოვრება არაფერია.

არსი

ეს არის კოსმოსური ობიექტი, რომელსაც აქვს ისეთი უზარმაზარი გრავიტაცია, რომ შთანთქავს ყველაფერს, რაც მის საზღვრებშია. სინამდვილეში შავი ხვრელი არის ობიექტი, რომელიც სინათლესაც კი არ ათავისუფლებს და სივრცე-დროს ახვევს. დროც კი უფრო ნელა მიედინება შავი ხვრელების მახლობლად.

სინამდვილეში, შავი ხვრელების არსებობა მხოლოდ თეორიაა (და ცოტა პრაქტიკაც). მეცნიერებს აქვთ ვარაუდები და პრაქტიკული გამოცდილება, მაგრამ ჯერ კიდევ არ არის შესაძლებელი შავი ხვრელების მჭიდრო შესწავლა. ამიტომ შავ ხვრელებს პირობითად უწოდებენ ყველა ობიექტს, რომელიც შეესაბამება ამ აღწერას. შავი ხვრელები ნაკლებად არის შესწავლილი და, შესაბამისად, ბევრი კითხვა გადაუჭრელი რჩება.

ნებისმიერ შავ ხვრელს აქვს მოვლენის ჰორიზონტი - ეს საზღვარი, რომლის შემდეგაც ვერაფერი გამოდის. უფრო მეტიც, რაც უფრო ახლოს არის ობიექტი შავ ხვრელთან, მით უფრო ნელა მოძრაობს იგი.

Განათლება

შავი ხვრელების ფორმირების რამდენიმე ტიპი და გზა არსებობს:
- სამყაროს წარმოქმნის შედეგად შავი ხვრელების წარმოქმნა. ასეთი შავი ხვრელები დიდი აფეთქებისთანავე გაჩნდა.
- მომაკვდავი ვარსკვლავები. როდესაც ვარსკვლავი კარგავს ენერგიას და თერმობირთვული რეაქციები ჩერდება, ვარსკვლავი იწყებს შეკუმშვას. შეკუმშვის ხარისხის მიხედვით განასხვავებენ ნეიტრონულ ვარსკვლავებს, თეთრ ჯუჯებს და ფაქტობრივად შავ ხვრელებს.
- ექსპერიმენტის საშუალებით მიღება. მაგალითად, კოლაიდერში შეგიძლიათ შექმნათ კვანტური შავი ხვრელი.

ვერსიები

ბევრი მეცნიერი მიდრეკილია იფიქროს, რომ შავი ხვრელები მთელ შთანთქმულ მატერიას სხვაგან აგდებენ. იმათ. უნდა იყოს „თეთრი ხვრელები“, რომლებიც სხვა პრინციპით მუშაობენ. თუ შეგიძლია შავ ხვრელში მოხვედრა, მაგრამ ვერ გამოხვალ, მაშინ ვერ შეხვალ თეთრ ხვრელში. მეცნიერთა მთავარი არგუმენტი არის კოსმოსში დაფიქსირებული ენერგიის მკვეთრი და ძლიერი აფეთქებები.

სიმების თეორეტიკოსებმა ზოგადად შექმნეს შავი ხვრელის საკუთარი მოდელი, რომელიც არ ანადგურებს ინფორმაციას. მათ თეორიას ჰქვია "Fuzzball" - ის საშუალებას გაძლევთ უპასუხოთ კითხვებს, რომლებიც დაკავშირებულია სინგულარულობასთან და ინფორმაციის გაქრობასთან.

რა არის ინფორმაციის სინგულარობა და გაქრობა? სინგულარობა არის წერტილი სივრცეში, რომელიც ხასიათდება უსასრულო წნევით და სიმკვრივით. ბევრი დაბნეულია სინგულარობის ფაქტით, რადგან ფიზიკოსებს არ შეუძლიათ უსასრულო რიცხვებით მუშაობა. ბევრი დარწმუნებულია, რომ შავ ხვრელში არის სინგულარობა, მაგრამ მისი თვისებები ძალიან ზედაპირულად არის აღწერილი.

მარტივი სიტყვებით რომ ვთქვათ, ყველა პრობლემა და გაუგებრობა მოდის კვანტურ მექანიკასა და გრავიტაციას შორის კავშირიდან. ჯერჯერობით, მეცნიერებს არ შეუძლიათ შექმნან თეორია, რომელიც მათ აერთიანებს. სწორედ ამიტომ არის პრობლემები შავ ხვრელთან დაკავშირებით. შავი ხვრელი ხომ თითქოს ანადგურებს ინფორმაციას, მაგრამ კვანტური მექანიკის საფუძვლები ირღვევა. მიუხედავად იმისა, რომ სულ ცოტა ხნის წინ, ს. ჰოკინგმა, როგორც ჩანს, გადაჭრა ეს საკითხი და განაცხადა, რომ ინფორმაცია შავ ხვრელებში ჯერ კიდევ არ არის განადგურებული.

სტერეოტიპები

ჯერ ერთი, შავი ხვრელები განუსაზღვრელი ვადით ვერ იარსებებს. და ეს ყველაფერი ჰოკინგის აორთქლების წყალობით. ამიტომ, არ უნდა იფიქროთ, რომ შავი ხვრელები ადრე თუ გვიან გადაყლაპავს სამყაროს.

მეორეც, ჩვენი მზე არ გახდება შავი ხვრელი. ვინაიდან ჩვენი ვარსკვლავის მასა არ იქნება საკმარისი. ჩვენი მზე უფრო მეტად გადაიქცევა თეთრ ჯუჯად (და ეს ფაქტი არ არის).

მესამე, დიდი ადრონული კოლაიდერი არ გაანადგურებს ჩვენს დედამიწას შავი ხვრელის შექმნით. თუნდაც შეგნებულად შექმნიან შავ ხვრელს და „გაათავისუფლონ“, მისი მცირე ზომის გამო ის ძალიან, ძალიან დიდხანს შთანთქავს ჩვენს პლანეტას.

მეოთხე, არ იფიქროთ, რომ შავი ხვრელი არის "ხვრელი" სივრცეში. შავი ხვრელი სფერული ობიექტია. აქედან გამომდინარეობს მოსაზრებების უმეტესობა იმის შესახებ, რომ შავი ხვრელები პარალელურ სამყარომდე მივყავართ. თუმცა ეს ფაქტი ჯერ არ არის დადასტურებული.

მეხუთე, შავ ხვრელს ფერი არ აქვს. ის აღმოჩენილია ან რენტგენის სხივებით ან სხვა გალაქტიკებისა და ვარსკვლავების ფონზე (ლინზის ეფექტი).

იმის გამო, რომ ადამიანები ხშირად ურევენ შავ ხვრელებს ჭიის ხვრელებთან (რომლებიც რეალურად არსებობს), ეს ცნებები არ არის გამორჩეული ჩვეულებრივ ადამიანებში. ჭიის ხვრელი ნამდვილად გაძლევთ საშუალებას გადაადგილდეთ სივრცეში და დროში, მაგრამ ჯერჯერობით მხოლოდ თეორიულად.

კომპლექსური რამ მარტივი სიტყვებით

ძნელია ისეთი ფენომენის აღწერა, როგორიცაა შავი ხვრელი მარტივი სიტყვებით. თუ თავს ზუსტ მეცნიერებებში მცოდნე ტექნიკოსად თვლით, მაშინ გირჩევთ, პირდაპირ წაიკითხოთ მეცნიერთა ნაშრომები. თუ გსურთ მეტი იცოდეთ ამ ფენომენის შესახებ, წაიკითხეთ სტივენ ჰოკინგის ნაწერები. მან ბევრი რამ გააკეთა მეცნიერებისთვის და განსაკუთრებით შავი ხვრელების სფეროში. შავი ხვრელების აორთქლებას მისი სახელი ჰქვია. ის პედაგოგიური მიდგომის მომხრეა და ამიტომ მისი ყველა ნამუშევარი ჩვეულებრივი ადამიანისთვისაც კი გასაგები იქნება.

წიგნები:
- შავი ხვრელები და ახალგაზრდა სამყაროები, 1993 წ.
- სამყარო მოკლედ 2001 წელი.
- წლის "სამყაროს ყველაზე მოკლე ისტორია 2005".

განსაკუთრებით მინდა გირჩიოთ მისი პოპულარულ სამეცნიერო ფილმები, რომლებიც გასაგებ ენით მოგიყვებით არა მხოლოდ შავი ხვრელების, არამედ ზოგადად სამყაროს შესახებ:
- "სტივენ ჰოკინგის სამყარო" - 6 ეპიზოდის სერია.
- "სამყაროს სიღრმეში სტივენ ჰოკინგთან ერთად" - სერია 3 ეპიზოდი.
ყველა ეს ფილმი რუსულად ითარგმნა და ხშირად ნაჩვენებია Discovery არხებზე.

Გმადლობთ ყურადღებისთვის!

უახლესი მეცნიერებისა და ტექნიკური რჩევები:

ეს რჩევა დაგეხმარა?თქვენ შეგიძლიათ დაეხმაროთ პროექტს ნებისმიერი თანხის შეწირვით მისი განვითარებისთვის. მაგალითად, 20 მანეთი. Ან მეტი:)