ასტრონომი შავი ხვრელის აღმომჩენი 6 ასო კროსვორდის მინიშნება შავი ხვრელების ისტორია. ძალიან ზედაპირული ენტროპია

შავი ხვრელები, ბნელი მატერია, ბნელი მატერია... ეს უდავოდ ყველაზე უცნაური და იდუმალი ობიექტებია სივრცეში. მათ უცნაურ თვისებებს შეუძლიათ ეჭვქვეშ დააყენონ სამყაროს ფიზიკის კანონები და არსებული რეალობის ბუნებაც კი. იმის გასაგებად, თუ რა არის შავი ხვრელები, მეცნიერები გვთავაზობენ „ღირშესანიშნაობების შეცვლას“, ისწავლონ ყუთის მიღმა აზროვნება და მცირე წარმოსახვის გამოყენება. შავი ხვრელები წარმოიქმნება სუპერმასიური ვარსკვლავების ბირთვიდან, რომელიც შეიძლება დახასიათდეს, როგორც კოსმოსის რეგიონი, სადაც უზარმაზარი მასა კონცენტრირებულია სიცარიელეში და არაფერი, სინათლეც კი, ვერ გაურბის იქ გრავიტაციულ მიზიდულობას. ეს ის არეა, სადაც მეორე კოსმოსური სიჩქარე აღემატება სინათლის სიჩქარეს: და რაც უფრო მასიურია მოძრაობის ობიექტი, მით უფრო სწრაფად უნდა მოძრაობდეს იგი, რათა თავი დააღწიოს მიზიდულობისგან. ეს ცნობილია როგორც მეორე კოსმოსური სიჩქარე.

კოლიერის ენციკლოპედია შავ ხვრელებს უწოდებს კოსმოსში არსებულ რეგიონს, რომელიც წარმოიშვა მატერიის სრული გრავიტაციული კოლაფსის შედეგად, რომელშიც გრავიტაციული მიზიდულობა იმდენად დიდია, რომ ვერც მატერია, ვერც სინათლე და ვერც სხვა ინფორმაციის მატარებლები ვერ ტოვებენ მას. მაშასადამე, შავი ხვრელის ინტერიერი მიზეზობრივად არ არის დაკავშირებული სამყაროს დანარჩენ ნაწილთან; შავი ხვრელის შიგნით მიმდინარე ფიზიკურ პროცესებს არ შეუძლია გავლენა მოახდინოს მის გარეთ არსებულ პროცესებზე. შავი ხვრელი გარშემორტყმულია ზედაპირით, რომელსაც აქვს ცალმხრივი მემბრანის თვისება: მატერია და გამოსხივება თავისუფლად ცვივა მისი მეშვეობით შავ ხვრელში, მაგრამ იქიდან ვერაფერი გაექცევა. ამ ზედაპირს "მოვლენის ჰორიზონტს" უწოდებენ.

აღმოჩენის ისტორია

ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მიერ ნაწინასწარმეტყველები შავი ხვრელები (აინშტაინის მიერ შემოთავაზებული გრავიტაციის თეორია 1915 წელს) და გრავიტაციის სხვა უფრო თანამედროვე თეორიები მათემატიკურად დაასაბუთეს რ. ოპენჰაიმერმა და ჰ. სნაიდერმა 1939 წელს. მაგრამ სივრცისა და დროის თვისებები მათ სიახლოვეს. ობიექტები იმდენად უჩვეულო აღმოჩნდა, რომ ასტრონომები და ფიზიკოსები სერიოზულად არ აღიქვამდნენ მათ უკვე 25 წელია. თუმცა, 1960-იანი წლების შუა ხანებში ასტრონომიულმა აღმოჩენებმა შავი ხვრელები შესაძლო ფიზიკურ რეალობად აქცია. ახალმა აღმოჩენებმა და გამოკვლევებმა შეიძლება ძირეულად შეცვალოს ჩვენი გაგება სივრცისა და დროის შესახებ, ნათელს მოჰფენს მილიარდობით კოსმიურ საიდუმლოებას.

შავი ხვრელების ფორმირება

მიუხედავად იმისა, რომ თერმობირთვული რეაქციები ხდება ვარსკვლავის ინტერიერში, ისინი ინარჩუნებენ მაღალ ტემპერატურასა და წნევას, რაც ხელს უშლის ვარსკვლავის შეკუმშვას საკუთარი გრავიტაციის გავლენის ქვეშ. თუმცა დროთა განმავლობაში ბირთვული საწვავი ამოიწურება და ვარსკვლავი იწყებს კლებას. გამოთვლები აჩვენებს, რომ თუ ვარსკვლავის მასა არ აღემატება სამ მზის მასას, მაშინ ის მოიგებს "ბრძოლას გრავიტაციასთან": მისი გრავიტაციული კოლაფსი შეჩერდება "გადაგვარებული" მატერიის წნევით და ვარსკვლავი სამუდამოდ გადაიქცევა. თეთრი ჯუჯა ან ნეიტრონული ვარსკვლავი. მაგრამ თუ ვარსკვლავის მასა სამზე მეტია მზის მასაზე, მაშინ ვერაფერი შეაჩერებს მის კატასტროფულ კოლაფსს და ის სწრაფად გადავა მოვლენის ჰორიზონტის ქვეშ და გახდება შავი ხვრელი.

შავი ხვრელი დონატის ხვრელია?

ადვილი არ არის იმის შემჩნევა, რაც სინათლეს არ ასხივებს. შავი ხვრელის პოვნის ერთ-ერთი გზა არის გარე სივრცეში მასიური და ბნელ სივრცეში ტერიტორიების ძიება. ამ ტიპის ობიექტების ძიებისას ასტრონომებმა იპოვეს ისინი ორ ძირითად რეგიონში: გალაქტიკების ცენტრებში და ორობით ვარსკვლავურ სისტემებში ჩვენს გალაქტიკაში. საერთო ჯამში, როგორც მეცნიერები ვარაუდობენ, ათობით მილიონი ასეთი ობიექტია.

შავი ხვრელების ისტორია

ალექსეი ლევინი

სამეცნიერო აზროვნება ზოგჯერ ისეთი პარადოქსული თვისებების მქონე ობიექტებს აშენებს, რომ ყველაზე გამჭრიახი მეცნიერებიც კი თავიდან უარს ამბობენ მათ აღიარებაზე. თანამედროვე ფიზიკის ისტორიაში ყველაზე გრაფიკული მაგალითია შავი ხვრელებისადმი ინტერესის ხანგრძლივი ნაკლებობა, გრავიტაციული ველის უკიდურესი მდგომარეობა, რომელიც იწინასწარმეტყველეს თითქმის 90 წლის წინ. დიდი ხნის განმავლობაში ისინი ითვლებოდნენ წმინდა თეორიულ აბსტრაქციად და მხოლოდ 1960-70-იან წლებში სჯეროდათ მათი რეალობის. თუმცა, შავი ხვრელების თეორიის ძირითადი განტოლება მიღებული იქნა ორასი წლის წინ.

ჯონ მიშელის შთაგონება

ჯონ მიშელის სახელი, ფიზიკოსი, ასტრონომი და გეოლოგი, პროფესორი კემბრიჯის უნივერსიტეტიდა მე-18 საუკუნეში ინგლისის მეცნიერების ვარსკვლავებს შორის სრულიად დაუმსახურებლად დაკარგული ინგლისის ეკლესიის პასტორი. მიშელმა საფუძველი ჩაუყარა სეისმოლოგიას, მიწისძვრების მეცნიერებას, ჩაატარა მაგნეტიზმის შესანიშნავი შესწავლა და დიდი ხნით ადრე, სანამ კულომმა გამოიგონა ბრუნვის ბალანსი, რომელიც მან გამოიყენა გრავიმეტრული გაზომვებისთვის. 1783 წელს მან სცადა გაეერთიანებინა ნიუტონის ორი უდიდესი ქმნილება - მექანიკა და ოპტიკა. ნიუტონმა სინათლე მიიჩნია პაწაწინა ნაწილაკების ნაკადად. მიშელმა შესთავაზა, რომ მსუბუქი სხეულები, ისევე როგორც ჩვეულებრივი მატერია, ემორჩილებოდნენ მექანიკის კანონებს. ამ ჰიპოთეზის შედეგი აღმოჩნდა ძალიან არატრივიალური - ციური სხეულები შეიძლება იქცეს სინათლის ხაფანგად.

როგორ მსჯელობდა მიშელი? პლანეტის ზედაპირიდან ნასროლი ქვემეხი მთლიანად გადალახავს მის მიზიდულობას მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მისი საწყისი სიჩქარე გადააჭარბებს მნიშვნელობას, რომელსაც ახლა ეწოდება მეორე კოსმოსური სიჩქარე და გაქცევის სიჩქარე. თუ პლანეტის გრავიტაცია იმდენად ძლიერია, რომ გაქცევის სიჩქარე აღემატება სინათლის სიჩქარეს, ზენიტში გამოშვებული სინათლის სხეულები უსასრულობამდე ვერ მიდიან. იგივე მოხდება არეკლილი სინათლით. შესაბამისად, ძალიან შორეული დამკვირვებლისთვის პლანეტა უხილავი იქნება. მიშელმა გამოთვალა ასეთი პლანეტის R cr რადიუსის კრიტიკული მნიშვნელობა მისი M მასის მიხედვით, შემცირებული ჩვენი მზის M s მასამდე: R cr = 3 კმ x M / M s.

ჯონ მიშელს დაუჯერა მისი ფორმულები და ჩათვალა, რომ კოსმოსის სიღრმეში იმალება მრავალი ვარსკვლავი, რომელიც დედამიწიდან არცერთ ტელესკოპში არ ჩანს. მოგვიანებით, დიდი ფრანგი მათემატიკოსი, ასტრონომი და ფიზიკოსი პიერ სიმონ ლაპლასი იმავე დასკვნამდე მივიდა, რომელიც მას მსოფლიოს სისტემის ექსპოზიციის პირველ (1796) და მეორე (1799 წ.) გამოცემაშიც ჩაერთო. მაგრამ მესამე გამოცემა გამოქვეყნდა 1808 წელს, როდესაც ფიზიკოსების უმეტესობა უკვე თვლიდა სინათლეს ეთერის რხევებად. "უხილავი" ვარსკვლავების არსებობა ეწინააღმდეგებოდა სინათლის ტალღის თეორიას და ლაპლასმა სჯობდა არ ეხსენებინა ისინი. შემდგომ დროში ეს იდეა განიხილებოდა ცნობისმოყვარეობად, რომელიც მხოლოდ ფიზიკის ისტორიის ნაშრომებში იმსახურებდა პრეზენტაციას.

შვარცშილდის მოდელი

1915 წლის ნოემბერში ალბერტ აინშტაინმა გამოაქვეყნა გრავიტაციის თეორია, რომელსაც მან უწოდა ფარდობითობის ზოგადი თეორია (GTR). ამ ნაშრომმა მაშინვე იპოვა მადლიერი მკითხველი ბერლინის მეცნიერებათა აკადემიის მისი კოლეგის კარლ შვარცშილდის სახით. ეს იყო შვარცშილდი, ვინც პირველმა გამოიყენა ფარდობითობის ზოგადი თეორია კონკრეტული ასტროფიზიკური პრობლემის გადასაჭრელად, არამბრუნავი სფერული სხეულის გარეთ და შიგნით სივრცე-დროის მეტრიკის გამოსათვლელად (კონკრეტულობისთვის მას ვარსკვლავს დავარქმევთ). .

შვარცშილდის გამოთვლებიდან გამომდინარეობს, რომ ვარსკვლავის გრავიტაცია ზედმეტად არ ამახინჯებს ნიუტონის სივრცისა და დროის სტრუქტურას მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მისი რადიუსი ბევრად აღემატება იმავე მნიშვნელობას, რომელიც ჯონ მიშელმა გამოთვალა! ამ პარამეტრს ჯერ შვარცშილდის რადიუსი ეწოდა, ახლა კი გრავიტაციულ რადიუსს უწოდებენ. ზოგადი ფარდობითობის მიხედვით, გრავიტაცია არ მოქმედებს სინათლის სიჩქარეზე, მაგრამ ამცირებს სინათლის ვიბრაციის სიხშირეს იმავე პროპორციით, რაც ანელებს დროს. თუ ვარსკვლავის რადიუსი 4-ჯერ აღემატება გრავიტაციულ რადიუსს, მაშინ მის ზედაპირზე დროის დინება შენელდება 15%-ით და სივრცე იძენს ხელშესახებ გამრუდებას. ორჯერ გადაჭარბებით ის უფრო იხრება და დრო 41%-ით ანელებს მის გაშვებას. როდესაც გრავიტაციულ რადიუსს მიაღწევს, ვარსკვლავის ზედაპირზე დრო მთლიანად ჩერდება (ყველა სიხშირე ნულდება, გამოსხივება იყინება და ვარსკვლავი გადის), მაგრამ სივრცის გამრუდება ჯერ კიდევ სასრულია. ვარსკვლავისგან შორს, გეომეტრია ჯერ კიდევ ევკლიდური რჩება და დრო არ ცვლის მის სიჩქარეს.

იმისდა მიუხედავად, რომ მიშელისა და შვარცშილდის გრავიტაციული რადიუსის მნიშვნელობები იგივეა, თავად მოდელებს საერთო არაფერი აქვთ. მიშელში სივრცე და დრო არ იცვლება, მაგრამ სინათლე ნელდება. ვარსკვლავი, რომლის ზომა მის გრავიტაციულ რადიუსზე ნაკლებია, აგრძელებს ბრწყინავს, მაგრამ ის ჩანს მხოლოდ არც თუ ისე შორეული დამკვირვებლისთვის. შვარცშილდისთვის სინათლის სიჩქარე აბსოლუტურია, მაგრამ სივრცისა და დროის სტრუქტურა გრავიტაციაზეა დამოკიდებული. გრავიტაციული რადიუსის ქვეშ მოხვედრილი ვარსკვლავი ქრება ნებისმიერი დამკვირვებლისთვის, სადაც არ უნდა იყოს ის (უფრო ზუსტად, მისი აღმოჩენა გრავიტაციული ეფექტებითაა შესაძლებელი, მაგრამ არავითარ შემთხვევაში რადიაციის საშუალებით).

ურწმუნოებიდან დადასტურებამდე

შვარცშილდი და მისი თანამედროვეები თვლიდნენ, რომ ასეთი უცნაური კოსმოსური ობიექტები ბუნებაში არ არსებობდნენ. თავად აინშტაინი არა მხოლოდ ამ თვალსაზრისს ფლობდა, არამედ შეცდომით თვლიდა, რომ მან შეძლო თავისი აზრის მათემატიკურად დასაბუთება.

1930-იან წლებში ახალგაზრდა ინდოელმა ასტროფიზიკოსმა ჩანდრასეკარმა დაამტკიცა, რომ ვარსკვლავი, რომელმაც დახარჯა ბირთვული საწვავი, იშლება ჭურვი და იქცევა ნელ-ნელა გაცივებულ თეთრ ჯუჯად მხოლოდ იმ შემთხვევაში, თუ მისი მასა მზის მასაზე 1,4-ჯერ ნაკლებია. მალე ამერიკელი ფრიც ცვიკი მიხვდა, რომ სუპერნოვას აფეთქებები ნეიტრონული მატერიის უკიდურესად მკვრივ სხეულებს წარმოქმნის; მოგვიანებით ლევ ლანდაუ იმავე დასკვნამდე მივიდა. ჩანდრასეხარის მუშაობის შემდეგ აშკარა იყო, რომ ასეთი ევოლუცია მხოლოდ 1,4 მზის მასის მასის მქონე ვარსკვლავებს შეუძლიათ. აქედან გამომდინარე, გაჩნდა ბუნებრივი კითხვა - არის თუ არა მასის ზედა ზღვარი სუპერნოვასთვის, რომლებიც უკან ტოვებენ ნეიტრონულ ვარსკვლავებს?

1930-იანი წლების ბოლოს, ამერიკული ატომური ბომბის მომავალმა მამამ, რობერტ ოპენჰაიმერმა დაადგინა, რომ ასეთი ზღვარი ნამდვილად არსებობს და არ აღემატება მზის რამდენიმე მასას. იმ დროს უფრო ზუსტი შეფასების მიცემა შეუძლებელი იყო; ახლა ცნობილია, რომ ნეიტრონული ვარსკვლავების მასა უნდა იყოს 1,5–3 M s დიაპაზონში. მაგრამ ოპენჰაიმერისა და მისი კურსდამთავრებულის ჯორჯ ვოლკოვის სავარაუდო გამოთვლებიდანაც კი, მოჰყვა, რომ სუპერნოვაების ყველაზე მასიური შთამომავლები არ ხდებიან ნეიტრონული ვარსკვლავები, არამედ გადადიან სხვა მდგომარეობაში. 1939 წელს ოპენჰაიმერმა და ჰარტლანდ სნაიდერმა იდეალიზებული მოდელის გამოყენებით დაამტკიცეს, რომ მასიური კოლაფსირებული ვარსკვლავი იკუმშება მის გრავიტაციულ რადიუსამდე. მათი ფორმულებიდან რეალურად გამომდინარეობს, რომ ვარსკვლავი აქ არ ჩერდება, მაგრამ თანაავტორებმა თავი შეიკავეს ასეთი რადიკალური დასკვნისგან.

საბოლოო პასუხი მე-20 საუკუნის მეორე ნახევარში იქნა ნაპოვნი ბრწყინვალე თეორიტიკოსების მთელი გალაქტიკის ძალისხმევით, მათ შორის საბჭოთა. აღმოჩნდა, რომ მსგავსი კოლაფსი ყოველთვისშეკუმშავს ვარსკვლავს "მთელ გზაზე", მთლიანად ანადგურებს მის ნივთიერებას. შედეგად, წარმოიქმნება სინგულარობა, გრავიტაციული ველის „ზეკონცენტრატი“, რომელიც დახურულია უსასრულოდ მცირე მოცულობით. სტაციონარული ხვრელისთვის ეს არის წერტილი, მბრუნავისთვის - რგოლი. სივრცე-დროის გამრუდება და, შესაბამისად, მიზიდულობის ძალა სინგულარობის მახლობლად მიდრეკილია უსასრულობისკენ. 1967 წლის ბოლოს ამერიკელი ფიზიკოსი ჯონ არჩიბალდ უილერი იყო პირველი, ვინც ვარსკვლავური კოლაფსის ასეთ დასასრულს შავი ხვრელი უწოდა. ახალმა ტერმინმა შეიყვარა ფიზიკოსები და გაახარა ჟურნალისტები, რომლებმაც ის გაავრცელეს მთელ მსოფლიოში (თუმცა ფრანგებს თავიდან არ მოსწონდათ, რადგან გამოთქმა trou noir საეჭვო ასოციაციებს მიანიშნებდა).

იქ, ჰორიზონტს მიღმა

შავი ხვრელი არ არის მატერია ან რადიაცია. ფიგურატიულობის გარკვეული ხარისხით, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ ეს არის თვითშენარჩუნებული გრავიტაციული ველი, რომელიც კონცენტრირებულია სივრცე-დროის ძლიერ მრუდ რეგიონში. მისი გარე საზღვარი განისაზღვრება დახურული ზედაპირით, მოვლენის ჰორიზონტით. თუ ვარსკვლავი კოლაფსამდე არ ბრუნავდა, ეს ზედაპირი გამოდის რეგულარული სფერო, რომლის რადიუსი ემთხვევა შვარცშილდის რადიუსს.

ჰორიზონტის ფიზიკური მნიშვნელობა ძალიან ნათელია. გარე გარემოდან გამოგზავნილ მსუბუქ სიგნალს შეუძლია უსასრულოდ შორ მანძილზე გადაადგილება. მაგრამ შიდა რეგიონიდან გაგზავნილი სიგნალები, არა მხოლოდ არ გადაკვეთენ ჰორიზონტს, არამედ აუცილებლად „ჩავარდებიან“ სინგულარობაში. ჰორიზონტი არის სივრცითი საზღვარი მოვლენებს შორის, რომლებიც შეიძლება ცნობილი გახდეს მიწიერი (და ნებისმიერი სხვა) ასტრონომებისთვის და მოვლენებს შორის, რომელთა შესახებ ინფორმაცია არავითარ შემთხვევაში არ გამოვა.

როგორც უნდა იყოს „შვარცშილდის მიხედვით“, ჰორიზონტიდან შორს, ხვრელის მიზიდულობა უკუპროპორციულია მანძილის კვადრატთან, ამიტომ შორეული დამკვირვებლისთვის ის თავს ჩვეულებრივ მძიმე სხეულად ავლენს. მასის გარდა, ხვრელი მემკვიდრეობით იღებს ჩამონგრეული ვარსკვლავის ინერციის მომენტს და მის ელექტრულ მუხტს. ხოლო წინამორბედი ვარსკვლავის ყველა სხვა მახასიათებელი (სტრუქტურა, შემადგენლობა, სპექტრული ტიპი და ა.შ.) დავიწყებას ექვემდებარება.

მოდით გავუგზავნოთ ზონდი ხვრელში რადიოსადგურით, რომელიც აგზავნის სიგნალს წამში ერთხელ ბორტზე. შორეული დამკვირვებლისთვის, როდესაც ზონდი უახლოვდება ჰორიზონტს, სიგნალებს შორის დროის ინტერვალები გაიზრდება - პრინციპში, განუსაზღვრელი ვადით. როგორც კი ხომალდი უხილავ ჰორიზონტს გადაკვეთს, ის მთლიანად დაიხურება „ზეხვვრული“ სამყაროსთვის. თუმცა, ეს გაქრობა უკვალოდ არ იქნება, რადგან ზონდი თავის მასას, მუხტსა და ბრუნვას მისცემს ხვრელს.

შავი ხვრელის გამოსხივება

ყველა წინა მოდელი აშენდა ექსკლუზიურად ფარდობითობის ზოგადი თეორიის საფუძველზე. თუმცა, ჩვენი სამყარო იმართება კვანტური მექანიკის კანონებით, რომლებიც ასევე არ უგულებელყოფენ შავ ხვრელებს. ეს კანონები ხელს უშლის ცენტრალური სინგულარობის მათემატიკურ წერტილად მიჩნევას. კვანტურ კონტექსტში მისი დიამეტრი მოცემულია პლანკ-უილერის სიგრძით, დაახლოებით 10-33 სანტიმეტრის ტოლი. ამ მხარეში ჩვეულებრივი სივრცე წყვეტს არსებობას. ზოგადად მიღებულია, რომ ხვრელის ცენტრი სავსეა სხვადასხვა ტოპოლოგიური სტრუქტურებით, რომლებიც ჩნდება და კვდება კვანტური ალბათობის კანონების შესაბამისად. ასეთი ბუშტუკოვანი კვაზისივრცის თვისებები, რომელსაც უილერმა კვანტური ქაფი უწოდა, ჯერ კიდევ ცუდად არის გასაგები.

კვანტური სინგულარობის არსებობა პირდაპირ კავშირშია შავ ხვრელში ჩავარდნილი მატერიალური სხეულების ბედთან. ხვრელის ცენტრთან მიახლოებისას, ამჟამად ცნობილი მასალებისგან დამზადებული ნებისმიერი ობიექტი დამსხვრეული და მოწყვეტილი იქნება მოქცევის ძალებით. თუმცა, მაშინაც კი, თუ მომავალი ინჟინრები და ტექნოლოგები შექმნიან რაიმე სახის ულტრა ძლიერ შენადნობებსა და კომპოზიტებს უპრეცედენტო თვისებებით, ისინი ყველანი განწირულნი არიან გაქრობისთვის: ბოლოს და ბოლოს, სინგულარობის ზონაში არც ჩვეულებრივი დროა და არც ჩვეულებრივი სივრცე.

ახლა განიხილეთ ხვრელების ჰორიზონტი კვანტურ მექანიკურ გამადიდებელში. ცარიელი სივრცე - ფიზიკური ვაკუუმი - სინამდვილეში საერთოდ არ არის ცარიელი. ვაკუუმში სხვადასხვა ველის კვანტური რყევების გამო, მრავალი ვირტუალური ნაწილაკი მუდმივად იბადება და ნადგურდება. ვინაიდან გრავიტაცია ძალიან ძლიერია ჰორიზონტთან ახლოს, მისი რყევები ქმნის უკიდურესად ძლიერ გრავიტაციულ აფეთქებებს. ასეთ ველებში აჩქარებისას ახალშობილი „ვირტუალები“ ​​დამატებით ენერგიას იძენენ და ზოგჯერ ჩვეულებრივ ხანგრძლივ ნაწილაკებად იქცევიან.

ვირტუალური ნაწილაკები ყოველთვის იბადებიან წყვილებში, რომლებიც მოძრაობენ საპირისპირო მიმართულებით (ამას მოითხოვს იმპულსის შენარჩუნების კანონი). თუ გრავიტაციული რყევა ვაკუუმიდან გამოაქვს წყვილი ნაწილაკები, შეიძლება მოხდეს, რომ ერთი მათგანი ჰორიზონტის გარეთ მატერიალიზდეს, ხოლო მეორე (პირველის ანტინაწილაკი) შიგნით. "შიდა" ნაწილაკი ჩავარდება ხვრელში, მაგრამ "გარე" ნაწილაკს შეუძლია გაქცევა ხელსაყრელ პირობებში. შედეგად ხვრელი იქცევა რადიაციის წყაროდ და შესაბამისად კარგავს ენერგიას და შესაბამისად მასას. აქედან გამომდინარე, შავი ხვრელები, პრინციპში, არასტაბილურია.

ამ ფენომენს ჰოკინგის ეფექტს უწოდებენ, შესანიშნავი ინგლისელი თეორიული ფიზიკოსის სახელით, რომელმაც იგი აღმოაჩინა 1970-იანი წლების შუა ხანებში. სტივენ ჰოკინგმა, კერძოდ, დაამტკიცა, რომ შავი ხვრელის ჰორიზონტი ასხივებს ფოტონებს ისევე, როგორც აბსოლუტურად შავი სხეული, რომელიც გაცხელებულია T = 0,5 x 10 –7 x M s / M ტემპერატურამდე. აქედან გამომდინარეობს, რომ ხვრელი თხელდება, მისი ტემპერატურა იზრდება და ბუნებრივად იზრდება „აორთქლება“. ეს პროცესი უკიდურესად ნელია და M მასის ხვრელის სიცოცხლე დაახლოებით 10 65 x (M/M s) 3 წელია. როდესაც მისი ზომა პლანკ-უილერის სიგრძის ტოლი ხდება, ხვრელი ხდება არასტაბილური და ფეთქდება, გამოყოფს იგივე ენერგიას, რაც ათი მეგატონიანი მილიონ წყალბადის ბომბის ერთდროული აფეთქების დროს. საინტერესოა, რომ ხვრელის მასა გაქრობის დროს ჯერ კიდევ საკმაოდ დიდია, 22 მიკროგრამი. ზოგიერთი მოდელის მიხედვით, ხვრელი უკვალოდ არ ქრება, არამედ ტოვებს იმავე მასის სტაბილურ რელიქვიას, ე.წ.

მაქსიმონიდაიბადა 40 წლის წინ - როგორც ტერმინი და როგორც ფიზიკური იდეა. 1965 წელს, აკადემიკოსმა M.A. მარკოვმა თქვა, რომ არსებობს ელემენტარული ნაწილაკების მასის ზედა ზღვარი. მან შესთავაზა ამ შემზღუდველი მნიშვნელობის გათვალისწინება მასის განზომილება, რომელიც შეიძლება გაერთიანდეს სამი ფუნდამენტური ფიზიკური მუდმივიდან - პლანკის მუდმივი h, სინათლის სიჩქარე C და გრავიტაციული მუდმივი G (მათთვის, ვისაც უყვარს დეტალები: ამისათვის საჭიროა გაამრავლეთ h და C, გაყავით შედეგი G-ზე და ამოიღეთ Კვადრატული ფესვი). ეს არის იგივე 22 მიკროგრამი ნახსენები სტატიაში, ამ მნიშვნელობას პლანკის მასას უწოდებენ. იგივე მუდმივები შეიძლება გამოვიყენოთ სიგრძის განზომილებით (გამოვა პლანკ-უილერის სიგრძე, 10 -33 სმ) და დროის განზომილებით (10 -43 წმ).
მარკოვი უფრო შორს წავიდა თავის მსჯელობაში. მისი ე ჰიპოთეზის თანახმად, შავი ხვრელის აორთქლება იწვევს „მშრალი ნარჩენის“ – მაქსიმონის წარმოქმნას. მარკოვმა ასეთ სტრუქტურებს ელემენტარული შავი ხვრელები უწოდა. რამდენად შეესაბამება ეს თეორია რეალობას, ჯერ კიდევ ღია საკითხია. ნებისმიერ შემთხვევაში, მარკოვის მაქსიმონის ანალოგები აღორძინდა შავი ხვრელის ზოგიერთ მოდელში, რომელიც დაფუძნებულია სუპერსიმების თეორიაზე.

სივრცის სიღრმეები

შავი ხვრელები არ არის აკრძალული ფიზიკის კანონებით, მაგრამ არსებობს თუ არა ისინი ბუნებაში? კოსმოსში სულ მცირე ერთი ასეთი ობიექტის არსებობის აბსოლუტურად მკაცრი მტკიცებულება ჯერ არ არის ნაპოვნი. თუმცა, ძალიან სავარაუდოა, რომ ვარსკვლავური შავი ხვრელები რენტგენის სხივების წყაროა ზოგიერთ ბინარში. ეს გამოსხივება უნდა წარმოიშვას მეზობელი ხვრელის გრავიტაციული ველის მიერ ჩვეულებრივი ვარსკვლავის ატმოსფეროს შეწოვის გამო. როგორც კი გაზი მოძრაობს მოვლენის ჰორიზონტისკენ, ის ძლიერ თბება და რენტგენის კვანტებს გამოყოფს. არანაკლებ ორი ათეული რენტგენის წყარო ახლა მიჩნეულია შესაფერის კანდიდატად შავი ხვრელების როლისთვის. უფრო მეტიც, ვარსკვლავური სტატისტიკის მონაცემები ვარაუდობს, რომ მხოლოდ ჩვენს გალაქტიკაში არის დაახლოებით ათი მილიონი ვარსკვლავური წარმოშობის ხვრელი.

შავი ხვრელები ასევე შეიძლება წარმოიქმნას გალაქტიკის ბირთვებში მატერიის გრავიტაციული გასქელების პროცესში. ასე ჩნდება მილიონობით და მილიარდობით მზის მასის გიგანტური ხვრელები, რომლებიც, დიდი ალბათობით, ბევრ გალაქტიკაში არსებობს. როგორც ჩანს, ირმის ნახტომის ცენტრში, მტვრის ღრუბლებით დაფარული, არის ხვრელი, რომლის მასა 3-4 მილიონი მზის მასაა.

სტივენ ჰოკინგი მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ თვითნებური მასის შავი ხვრელები შეიძლება დაბადებულიყო მაშინვე დიდი აფეთქების შემდეგ, რომელმაც შექმნა ჩვენი სამყარო. მილიარდ ტონამდე წონის პირველადი ხვრელები უკვე აორთქლდა, მაგრამ უფრო მძიმეებს ახლა შეუძლიათ კოსმოსის სიღრმეში დამალვა და დროულად მოაწყონ კოსმოსური ფეიერვერკები გამა გამოსხივების მძლავრი აფეთქებების სახით. თუმცა, ასეთი აფეთქებები აქამდე არასდროს დაფიქსირებულა.

შავი ხვრელის ქარხანა

შესაძლებელია თუ არა ამაჩქარებლის ნაწილაკების აჩქარება ამხელა ენერგიამდე და მათი შეჯახების შედეგად შავი ხვრელი? ერთი შეხედვით, ეს იდეა უბრალოდ გიჟურია - ხვრელის აფეთქება გაანადგურებს მთელ სიცოცხლეს დედამიწაზე. უფრო მეტიც, ეს ტექნიკურად შეუძლებელია. თუ ხვრელის მინიმალური მასა ნამდვილად უდრის 22 მიკროგრამს, მაშინ ენერგეტიკულ ერთეულებში ის არის 10 28 ელექტრონ-ვოლტი. ეს ზღვარი 15 ბრძანებით აღემატება მსოფლიოში ყველაზე მძლავრი ამაჩქარებლის, დიდი ადრონული კოლაიდერის (LHC) შესაძლებლობებს, რომელიც 2007 წელს CERN-ში გაიშვება.

src = "black_holes1 / aerial-view-lhc.jpg" სიგანე = "275" საზღვარი = "0">

თუმცა, შესაძლებელია, რომ მინიმალური ხვრელის მასის სტანდარტული შეფასება მნიშვნელოვნად გადაჭარბებული იყოს. ნებისმიერ შემთხვევაში, ასე ამბობენ ფიზიკოსები, ავითარებენ სუპერსიმების თეორიას, რომელიც მოიცავს გრავიტაციის კვანტურ თეორიას (თუმცა შორს არის დასრულებამდე). ამ თეორიის მიხედვით, სივრცეს აქვს არა სამი განზომილება, არამედ სულ მცირე ცხრა. ჩვენ ვერ ვამჩნევთ დამატებით განზომილებებს, რადგან ისინი იმდენად მცირე მასშტაბითაა დაბმული, რომ ჩვენი ინსტრუმენტები ვერ აღიქვამენ მათ. თუმცა, გრავიტაცია ყველგან არის და ის ფარულ ზომებში აღწევს. სამგანზომილებიან სივრცეში მიზიდულობის ძალა უკუპროპორციულია მანძილის კვადრატის, ხოლო ცხრაგანზომილებიან სივრცეში - მერვე ხარისხის. მაშასადამე, მრავალგანზომილებიან სამყაროში გრავიტაციული ველის სიძლიერე მანძილის კლებით იზრდება ბევრად უფრო სწრაფად, ვიდრე სამგანზომილებიანში. ამ შემთხვევაში პლანკის სიგრძე ბევრჯერ იზრდება და ხვრელების მინიმალური მასა მკვეთრად ეცემა.

სიმების თეორია პროგნოზირებს, რომ შავი ხვრელი მხოლოდ 10-20 გ მასით შეიძლება დაიბადოს ცხრაგანზომილებიან სივრცეში.პროტონების გამოთვლილი რელატივისტური მასა, რომელიც აჩქარებულია CERN სუპერ ამაჩქარებელში, დაახლოებით იგივეა. ყველაზე ოპტიმისტური სცენარის მიხედვით, მას ყოველ წამში ერთი ხვრელის გამომუშავება შეეძლება, რომელიც დაახლოებით 10–26 წამს იცოცხლებს. მისი აორთქლების პროცესში დაიბადება ყველა სახის ელემენტარული ნაწილაკი, რომლის რეგისტრაციაც ადვილი იქნება. ხვრელის გაქრობა გამოიწვევს ენერგიის გამოყოფას და, რაც საკმარისი არ არის თუნდაც ერთი მიკროგრამი წყლის გასათბობად მეათასედ გრადუსზე. ამიტომ, არსებობს იმედი, რომ LHC გადაიქცევა უვნებელი შავი ხვრელების ქარხანად. თუ ეს მოდელები სწორია, მაშინ ასეთ ხვრელებს შეეძლებათ ახალი თაობის ორბიტალური კოსმოსური სხივების დეტექტორების რეგისტრაცია.

ყოველივე ზემოთქმული ეხება სტაციონალურ შავ ხვრელებს. იმავდროულად, არის მბრუნავი ხვრელები საინტერესო თვისებების მქონე. შავი ხვრელის გამოსხივების თეორიული ანალიზის შედეგებმა ასევე გამოიწვია ენტროპიის კონცეფციის სერიოზული გადახედვა, რაც ასევე იმსახურებს ცალკე განხილვას.

კოსმოსური სუპერ მფრინავები

სტატიკური ელექტრულად ნეიტრალური შავი ხვრელები, რომლებზეც ვისაუბრეთ, საერთოდ არ არის დამახასიათებელი რეალური სამყარო... კოლაფსირებული ვარსკვლავები ბრუნავს და ასევე შეიძლება იყოს ელექტრული დამუხტვა.

მელოტის თავის თეორემა

გიგანტური ხვრელები გალაქტიკის ბირთვებში, დიდი ალბათობით, წარმოიქმნება გრავიტაციული კონდენსაციის პირველადი ცენტრებიდან - ერთი "პოსტვარსკვლავური" ხვრელი ან რამდენიმე ხვრელი, რომლებიც შერწყმულია შეჯახების შედეგად. ასეთი ჩანასახები ყლაპავს ახლომდებარე ვარსკვლავებსა და ვარსკვლავთშორის გაზს და ამით ამრავლებს მათ მასას. ჰორიზონტის ქვეშ მოხვედრილ მატერიას აქვს როგორც ელექტრული მუხტი (კოსმოსური გაზი და მტვრის ნაწილაკები ადვილად იონიზირებულია) ასევე ბრუნვის მომენტი (ჩავარდნა ხდება მობრუნებით, სპირალურად). ნებისმიერ ფიზიკურ პროცესში ინერციის და დამუხტვის მომენტი შენარჩუნებულია და, შესაბამისად, ბუნებრივია ვივარაუდოთ, რომ შავი ხვრელების წარმოქმნა არ არის გამონაკლისი.

მაგრამ მართალია კიდევ უფრო ძლიერი განცხადებაც, რომლის კონკრეტული შემთხვევა ჩამოყალიბდა სტატიის პირველ ნაწილში (იხ. ა. ლევინი, შავი ხვრელების საოცარი ისტორია, პოპულარული მექანიკა, No 11, 2005 წ.). როგორიც არ უნდა იყვნენ მაკროსკოპული შავი ხვრელის წინაპრები, ის მათგან იღებს მხოლოდ მასას, ბრუნვის მომენტს და ელექტრულ მუხტს. ჯონ უილერის თქმით, „შავ ხვრელს თმა არ აქვს“. უფრო სწორი იქნება თუ ვიტყვით, რომ რომელიმე ხვრელის ჰორიზონტზე სამი „თმის“ მეტი არ არის ჩამოკიდებული, რაც 1970-იან წლებში რამდენიმე თეორიული ფიზიკოსის ერთობლივი ძალისხმევით დადასტურდა. მართალია, ხვრელს ასევე უნდა ჰქონდეს მაგნიტური მუხტი, რომლის ჰიპოთეტური მატარებლები, მაგნიტური მონოპოლები, იწინასწარმეტყველა პოლ დირაკმა 1931 წელს. თუმცა ეს ნაწილაკები ჯერ არ არის ნაპოვნი და მეოთხე „თმაზე“ საუბარი ნაადრევია. პრინციპში, შეიძლება არსებობდეს დამატებითი „თმები“, რომლებიც დაკავშირებულია კვანტურ ველებთან, მაგრამ მაკროსკოპულ ხვრელში ისინი სრულიად უხილავია.

და მაინც ისინი ტრიალებენ

თუ სტატიკური ვარსკვლავი დაიტენება, სივრცე-დროის მეტრიკა შეიცვლება, მაგრამ მოვლენათა ჰორიზონტი მაინც სფერული დარჩება. თუმცა, ვარსკვლავური და გალაქტიკური შავი ხვრელები, მრავალი მიზეზის გამო, ვერ ატარებენ დიდ მუხტს, ამიტომ, ასტროფიზიკის თვალსაზრისით, ეს შემთხვევა არც თუ ისე საინტერესოა. მაგრამ ხვრელის როტაცია უფრო სერიოზულ შედეგებს იწვევს. პირველ რიგში, ჰორიზონტის ფორმა იცვლება. ცენტრიდანული ძალები შეკუმშავს მას ბრუნვის ღერძის გასწვრივ და ჭიმავს ეკვატორულ სიბრტყეში, ისე რომ სფერო გარდაიქმნება რაღაც ელიფსოიდად. არსებითად, ჰორიზონტზე იგივე ხდება, რაც ნებისმიერ მბრუნავ სხეულთან, კერძოდ, ჩვენს პლანეტასთან - დედამიწის ეკვატორული რადიუსი ხომ 21,5 კმ-ით გრძელია ვიდრე პოლარული. მეორეც, ბრუნვა ამცირებს ჰორიზონტის ხაზოვან ზომებს. შეგახსენებთ, რომ ჰორიზონტი არის ინტერფეისი მოვლენებს შორის, რომლებმაც შეიძლება ან არ გაგზავნონ სიგნალები შორეულ სამყაროებში. თუ ხვრელის გრავიტაცია იპყრობს სინათლის კვანტებს, მაშინ ცენტრიდანული ძალები, პირიქით, ხელს უწყობენ მათ გაქცევას გარე სივრცეში. ამიტომ, მბრუნავი ხვრელის ჰორიზონტი მის ცენტრთან უფრო ახლოს უნდა იყოს განლაგებული, ვიდრე იგივე მასის მქონე სტატიკური ვარსკვლავის ჰორიზონტი.

მაგრამ ეს ყველაფერი არ არის. მისი ბრუნვის ხვრელი აშორებს მიმდებარე სივრცეს. ხვრელის უშუალო სიახლოვეს ჩანასახი დასრულებულია, პერიფერიაზე თანდათან სუსტდება. აქედან გამომდინარე, ხვრელის ჰორიზონტი ჩაეფლო სივრცის განსაკუთრებულ რეგიონში - ერგოსფეროში. ერგოსფეროს საზღვარი პოლუსებზე ჰორიზონტს ეხება და მისგან ყველაზე შორს მოძრაობს ეკვატორულ სიბრტყეში. ამ ზედაპირზე სივრცის მიზიდვის სიჩქარე სინათლის სიჩქარის ტოლია; შიგნით ის აღემატება სინათლის სიჩქარეს, გარეთ კი ნაკლებია. მაშასადამე, ნებისმიერი მატერიალური სხეული, იქნება ეს გაზის მოლეკულა, კოსმოსური მტვრის ნაწილაკი თუ სადაზვერვო ზონდი, ერგოსფეროში შესვლისას, აუცილებლად იწყებს ბრუნვას ხვრელის გარშემო და იმავე მიმართულებით, როგორც თავად.

ვარსკვლავების გენერატორები

ერგოსფეროს არსებობა, პრინციპში, საშუალებას იძლევა გამოიყენოს ხვრელი ენერგიის წყაროდ და. დაე, რომელიმე საგანმა შეაღწიოს ერგოსფეროში და იქ დაიშალა ორ ფრაგმენტად. შეიძლება აღმოჩნდეს, რომ ერთი მათგანი მოხვდება ჰორიზონტის ქვეშ, მეორე კი დატოვებს ერგოსფეროს და მისი კინეტიკური ენერგია მე გადააჭარბებს მთელი სხეულის საწყის ენერგიას! ერგოსფეროს ასევე აქვს უნარი გააძლიეროს ელექტრომაგნიტური გამოსხივება, რომელიც ეცემა მასზე და უკან იფანტება კოსმოსში (ამ ფენომენს სუპერგამოსხივება ეწოდება).

თუმცა, ენერგიის შენარჩუნების კანონიც ურყევია - მუდმივი მოძრაობის მანქანები არ არსებობს. როდესაც ხვრელი მას ნაწილაკების ან გამოსხივების ენერგიით კვებავს, მისი ბრუნვის ენერგია მცირდება. კოსმოსური სუპერ მფრინავი თანდათან ნელდება და საბოლოოდ შეიძლება გაჩერდეს კიდეც. გამოთვლილია, რომ ამ გზით შესაძლებელია ენერგიად გადაქცევა ხვრელის მასის 29%-მდე. ამ პროცესზე უფრო ეფექტურია მხოლოდ მატერიისა და ანტიმატერიის განადგურება, ვინაიდან ამ შემთხვევაში მასა მთლიანად გარდაიქმნება რადიაციად. მაგრამ მზის თერმობირთვული საწვავი იწვის გაცილებით დაბალი ეფექტურობით - დაახლოებით 0,6%.

შესაბამისად, სწრაფად მბრუნავი შავი ხვრელი ენერგიის თითქმის იდეალური გენერატორია კოსმოსური სუპერცივილიზაციისთვის (თუ, რა თქმა უნდა, ასეთი არსებობს). ყოველ შემთხვევაში, ბუნება ამ რესურსს უხსოვარი დროიდან იყენებს. კვაზარები, ყველაზე ძლიერი კოსმოსური „რადიოსადგურები“ (ელექტრომაგნიტური ტალღების წყაროები), იკვებებიან გალაქტიკების ბირთვებში მდებარე გიგანტური მბრუნავი ხვრელების ენერგიით. ეს ჰიპოთეზა წამოაყენეს ედვინ სალპეტერმა და იაკოვ ზელდოვიჩმა ჯერ კიდევ 1964 წელს და მას შემდეგ იგი საყოველთაოდ მიღებული გახდა. ხვრელთან მიახლოებული მასალა ქმნის რგოლის მსგავს სტრუქტურას, ე.წ. აკრეციის დისკს. მას შემდეგ, რაც ხვრელის მახლობლად სივრცე მისი ბრუნვით ძლიერად არის გადაგრეხილი, დისკის შიდა ზონა ეკვატორულ სიბრტყეშია და ნელ-ნელა მკვიდრდება მოვლენის ჰორიზონტისკენ. ამ ზონაში გაზი ძლიერად თბება შიდა ხახუნის შედეგად და წარმოქმნის ინფრაწითელ, სინათლეს, ულტრაიისფერ და რენტგენის სხივებს და ზოგჯერ გამა კვანტებსაც კი. კვაზარები ასევე ასხივებენ არათერმულ რადიო გამოსხივებას, რაც ძირითადად სინქროტრონის ეფექტით არის განპირობებული.

ძალიან ზედაპირული ენტროპია

მელოტი ხვრელის თეორემა მალავს ძალიან მზაკვრულ ხვრელს. კოლაფსირებული ვარსკვლავი არის სუპერცხელი აირის ნალექი, რომელიც შეკუმშულია გრავიტაციული ძალებით. რაც უფრო მაღალია ვარსკვლავური პლაზმის სიმკვრივე და ტემპერატურა, მით ნაკლებია მასში წესრიგი და მეტი ქაოსი. ქაოსის ხარისხი გამოიხატება ძალიან სპეციფიკური ფიზიკური სიდიდით - ენტროპიით. დროთა განმავლობაში, ნებისმიერი იზოლირებული ობიექტის ენტროპია იზრდება - ეს არის თერმოდინამიკის მეორე კანონის არსი. ვარსკვლავის ენტროპია კოლაფსის დაწყებამდე აკრძალვით მაღალია და ხვრელის ენტროპია, როგორც ჩანს, უკიდურესად მცირეა, ვინაიდან ხვრელის ცალსახა აღწერისთვის საჭიროა მხოლოდ სამი პარამეტრი. ირღვევა თუ არა თერმოდინამიკის მეორე კანონი გრავიტაციული კოლაფსის დროს?

შეიძლება თუ არა ვივარაუდოთ, რომ როდესაც ვარსკვლავი სუპერნოვად გადაიქცევა, მისი ენტროპია ამოგდებულ გარსთან ერთად გაიტაცა? სამწუხაროდ არა. ჯერ ერთი, კონვერტის მასა ვერ შეედრება ვარსკვლავის მასას, შესაბამისად, ენტროპიის დაკარგვა მცირე იქნება. მეორეც, ადვილია თერმოდინამიკის მეორე კანონის კიდევ უფრო დამაჯერებელი გონებრივი „უარყოფა“. დაე, ნულოვანი ტემპერატურის სხეული, რომელსაც აქვს რაიმე სახის ენტროპია, მოხვდეს მზა ხვრელის მიზიდულობის ზონაში. მოვლენის ჰორიზონტის ქვეშ მოქცეული, ის გაქრება თავის ენტროპიის რეზერვებთან ერთად და ხვრელის ენტროპია, სავარაუდოდ, საერთოდ არ გაიზრდება. არსებობს ცდუნება იმის მტკიცება, რომ უცხოპლანეტელის ენტროპია არ ქრება, არამედ გადადის ხვრელის ინტერიერში, მაგრამ ეს მხოლოდ სიტყვიერი ხრიკია. ფიზიკის კანონები სრულდება ჩვენთვის და ჩვენი მოწყობილობებისთვის ხელმისაწვდომ სამყაროში და ნებისმიერი გარე დამკვირვებლისთვის მოვლენის ჰორიზონტის ზონა არის ტერა ინკოგნიტა.

ეს პარადოქსი გადაჭრა უილერის კურსდამთავრებულმა იაკობ ბეკენშტეინმა. თერმოდინამიკას აქვს ძალიან ძლიერი ინტელექტუალური რესურსი - იდეალური სითბური ძრავების თეორიული შესწავლა. ბეკენშტეინმა გამოიგონა გონებრივი მოწყობილობა, რომელიც სითბოს გარდაქმნის სასარგებლო სამუშაოდ შავი ხვრელის გამათბობლად. ამ მოდელის გამოყენებით მან გამოთვალა შავი ხვრელის ენტროპია, რომელიც მოვლენათა ჰორიზონტის ფართობის პროპორციული აღმოჩნდა... ეს ფართობი პროპორციულია ხვრელის რადიუსის კვადრატისა, რომელიც, გავიხსენოთ, მისი მასის პროპორციულია. ნებისმიერი გარე ობიექტის დაჭერისას, ხვრელის მასა იზრდება, რადიუსი გრძელდება, იზრდება ჰორიზონტის ფართობი და, შესაბამისად, იზრდება ენტროპია. გამოთვლებმა აჩვენა, რომ ხვრელის ენტროპია, რომელმაც გადაყლაპა უცხო ობიექტი, აღემატება ამ ობიექტისა და ხვრელის მთლიან ენტროპიას მათ შეხვედრამდე. ანალოგიურად, კოლაფსირებული ვარსკვლავის ენტროპია სიდიდის მრავალი რიგით ნაკლებია, ვიდრე მემკვიდრე ხვრელის ენტროპია. ფაქტობრივად, ბეკენშტაინის მსჯელობიდან გამომდინარეობს, რომ ხვრელის ზედაპირს აქვს არანულოვანი ტემპერატურა და ამიტომ უბრალოდ უნდა ასხივოს თერმული ფოტონები (და, თუ საკმარისად გაცხელდება, სხვა ნაწილაკებიც). თუმცა, ბეკენშტაინმა ვერ გაბედა ასე შორს წასვლა (ეს ნაბიჯი სტივენ ჰოკინგმა გადადგა).

რას მივედით? შავ ხვრელებზე ანარეკლები არა მხოლოდ ურყევს ტოვებს თერმოდინამიკის მეორე კანონს, არამედ შესაძლებელს ხდის ენტროპიის ცნების გამდიდრებას. ჩვეულებრივის ენტროპია ფიზიკური სხეულიმისი მოცულობის მეტ-ნაკლებად პროპორციულია, ხვრელის ენტროპია კი ჰორიზონტის ზედაპირის პროპორციულია. შეიძლება მკაცრად დადასტურდეს, რომ ის აღემატება ნებისმიერი მატერიალური ობიექტის ენტროპიას იგივე ხაზოვანი ზომებით. Ეს ნიშნავს, რომ მაქსიმუმსივრცის დახურული არეალის ენტროპია განისაზღვრება ექსკლუზიურად მისი გარე საზღვრის ფართობით! როგორც ვხედავთ, შავი ხვრელების თვისებების თეორიული ანალიზი საშუალებას იძლევა გამოიტანოს ზოგადი ფიზიკური ხასიათის ძალიან ღრმა დასკვნები.

იყურება სამყაროს სიღრმეებში

როგორ ტარდება შავი ხვრელების ძებნა სივრცის სიღრმეში? ეს კითხვა Popular Mechanics-მა დაუსვა ცნობილ ასტროფიზიკოს, ჰარვარდის უნივერსიტეტის პროფესორ რამეშ ნარაიანს.

„შავი ხვრელების აღმოჩენა თანამედროვე ასტრონომიისა და ასტროფიზიკის ერთ-ერთ უდიდეს მიღწევად უნდა ჩაითვალოს. ბოლო ათწლეულების განმავლობაში კოსმოსში გამოვლინდა ათასობით რენტგენის წყარო, რომელთაგან თითოეული შედგება ჩვეულებრივი ვარსკვლავისა და ძალიან პატარა არამნათობი ობიექტისგან, რომელიც გარშემორტყმულია აკრეციული დისკით. ბნელი სხეულები, რომელთა მასა მერყეობს ერთი და ნახევარიდან სამ მზის მასამდე, სავარაუდოდ ნეიტრონული ვარსკვლავებია. თუმცა, ამ უხილავ ობიექტებს შორის არის მინიმუმ ორი ათეული პრაქტიკულად ასი პროცენტიანი კანდიდატი შავი ხვრელის როლისთვის. გარდა ამისა, მეცნიერები მივიდნენ კონსენსუსამდე, რომ გალაქტიკის ბირთვებში სულ მცირე ორი გიგანტური შავი ხვრელი იმალება. ერთი მათგანი მდებარეობს ჩვენი გალაქტიკის ცენტრში; შეერთებული შტატებისა და გერმანიის ასტრონომების გასული წლის პუბლიკაციის მიხედვით, მისი მასა არის 3,7 მილიონი მზის მასა (M s). რამდენიმე წლის წინ, ჩემმა კოლეგებმა ჰარვარდ-სმითსონის ასტროფიზიკურ ცენტრში ჯეიმს მორანმა და ლინკოლნ გრინჰილმა დიდი წვლილი შეიტანეს სეიფერტის გალაქტიკის NGC 4258 ცენტრში მდებარე ხვრელის აწონვაში, რომელმაც 35 მილიონი მ წმ გაიყვანა. დიდი ალბათობით, მრავალი გალაქტიკის ბირთვი შეიცავს ხვრელებს, რომელთა მასებია ერთი მილიონიდან რამდენიმე მილიარდ მ წმ-მდე.

ჯერჯერობით, არ არსებობს გზა, რომ დაფიქსირდეს დედამიწიდან შავი ხვრელის მართლაც უნიკალური ხელმოწერა - მოვლენათა ჰორიზონტის არსებობა. თუმცა, უკვე ვიცით, როგორ დავრწმუნდეთ მის არარსებობაში. ნეიტრონული ვარსკვლავის რადიუსი 10 კილომეტრია; იგივე სიდიდის რიგი და ვარსკვლავის კოლაფსის შედეგად წარმოქმნილი ხვრელების რადიუსი. თუმცა, ნეიტრონულ ვარსკვლავს აქვს მყარი ზედაპირი, ხოლო ხვრელს არა. მატერიის დაცემა ნეიტრონული ვარსკვლავის ზედაპირზე იწვევს თერმობირთვულ აფეთქებებს, რომლებიც წარმოქმნიან პერიოდულ რენტგენის აფეთქებებს მეორე ხანგრძლივობით. ხოლო როცა გაზი შავი ხვრელის ჰორიზონტს მიაღწევს, მის ქვეშ მიდის და არანაირ გამოსხივებაში არ ვლინდება. მაშასადამე, მოკლე რენტგენის აფეთქებების არარსებობა არის ობიექტის ხვრელის მსგავსი ბუნების ძლიერი დადასტურება. ორი ათეული ორობითი სისტემა, რომელიც სავარაუდოდ შეიცავს შავ ხვრელებს, არ ასხივებს ასეთ აფეთქებებს.

უნდა ვაღიაროთ, რომ ახლა ჩვენ იძულებულნი ვართ დავკმაყოფილდეთ შავი ხვრელების არსებობის უარყოფითი მტკიცებულებებით. ობიექტები, რომლებსაც ჩვენ ხვრელად ვაცხადებთ, არ შეიძლება იყოს სხვა არაფერი ზოგადად მიღებული თეორიული მოდელების თვალსაზრისით. სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, ჩვენ მათ ხვრელად მივიჩნევთ მხოლოდ იმიტომ, რომ არ შეგვიძლია გონივრულად მივიჩნიოთ ისინი სხვა რამედ. იმედია ასტრონომების მომდევნო თაობას ცოტა უფრო გაუმართლა. ”

პროფესორ ნარაიანის სიტყვებს შეგვიძლია დავამატოთ, რომ ასტრონომებს დიდი ხანია სჯეროდათ შავი ხვრელების არსებობის რეალობის. ისტორიულად, ამ პოზიციის პირველი საიმედო კანდიდატი იყო ძალიან კაშკაშა ლურჯი სუპერგიგანტის HDE 226868 მუქი თანამგზავრი, ჩვენგან 6500 სინათლის წლის მანძილზე. ის აღმოაჩინეს 1970-იანი წლების დასაწყისში Cygnus X-1 რენტგენის ორობით სისტემაში. ბოლო მონაცემებით, მისი მასა დაახლოებით 20 მ წმ-ია. აღსანიშნავია, რომ მიმდინარე წლის 20 სექტემბერს გამოქვეყნდა მონაცემები, რომლებმაც თითქმის მთლიანად გააქარწყლეს ეჭვი კიდევ ერთი გალაქტიკური მასშტაბის ხვრელის რეალობასთან დაკავშირებით, რომლის არსებობაზეც ასტრონომები პირველად 17 წლის წინ ეჭვობდნენ. ის მდებარეობს გალაქტიკა M31-ის ცენტრში, უფრო ცნობილი როგორც ანდრომედას ნისლეული. Galaxy M31 ძალიან ძველია, დაახლოებით 12 მილიარდი წლისაა. ხვრელი ასევე საკმაოდ დიდია - 140 მილიონი მზის მასა. 2005 წლის შემოდგომისთვის ასტრონომები და ასტროფიზიკოსები საბოლოოდ დარწმუნდნენ სამი სუპერმასიური შავი ხვრელისა და კიდევ რამდენიმე ათეული მათი უფრო მოკრძალებული კომპანიონის არსებობაში.

თეორეტიკოსთა განაჩენი

Popular Mechanics-მა ასევე მოახერხა გასაუბრება გრავიტაციის თეორიის ორ ყველაზე ავტორიტეტულ ექსპერტთან, რომლებმაც ათწლეულები მიუძღვნეს კვლევას შავი ხვრელების სფეროში. მათ ვთხოვეთ ჩამოეთვალათ ყველაზე მნიშვნელოვანი მიღწევები ამ სფეროში. აი, რას გვითხრა კალიფორნიის ტექნოლოგიური ინსტიტუტის თეორიული ფიზიკის პროფესორმა კიპ თორნმა:

„თუ ჩვენ ვსაუბრობთ მაკროსკოპულ შავ ხვრელებზე, რომლებიც კარგად არის აღწერილი ფარდობითობის ზოგადი განტოლებებით, მაშინ მათი თეორიის სფეროში ძირითადი შედეგები იქნა მიღებული ჯერ კიდევ XX საუკუნის 60-80-იან წლებში. რაც შეეხება უახლეს ნამუშევრებს, მათგან ყველაზე საინტერესომ საშუალება მისცა უკეთ გაეცნოთ შავი ხვრელის შიგნით მიმდინარე პროცესებს დაბერებისას. ბოლო წლებში დიდი ყურადღება დაეთმო შავი ხვრელების მოდელებს მრავალგანზომილებიან სივრცეებში, რომლებიც ბუნებრივად ჩნდება სიმების თეორიაში. მაგრამ ეს კვლევები აღარ არის დაკავშირებული კლასიკურთან, არამედ კვანტურ ხვრელებთან, რომლებიც ჯერ კიდევ არ არის აღმოჩენილი. ბოლო წლების მთავარი შედეგი არის ძალიან დამაჯერებელი ასტროფიზიკური დადასტურება რამდენიმე მზის მასის მქონე ხვრელების, ასევე გალაქტიკების ცენტრებში სუპერმასიური ხვრელების არსებობის რეალობის შესახებ. დღეს უკვე აღარავის ეპარება ეჭვი, რომ ეს ხვრელები ნამდვილად არსებობს და ჩვენ კარგად გვესმის მათი ფორმირების პროცესები“.

კანადის პროვინციის ალბერტის უნივერსიტეტის პროფესორის, აკადემიკოს მარკოვის სტუდენტმა ვალერი ფროლოვმა იმავე კითხვას უპასუხა:

„პირველ რიგში, მე დავარქმევდი შავი ხვრელის აღმოჩენას ჩვენი გალაქტიკის ცენტრში. ასევე ძალიან საინტერესოა დამატებითი განზომილებების მქონე სივრცეებში ხვრელების თეორიული შესწავლა, საიდანაც მოჰყვება მინის ხვრელების გაჩენის შესაძლებლობა კოლაიდერების ამაჩქარებლებზე ექსპერიმენტებში და კოსმოსური სხივების ხმელეთის მატერიასთან ურთიერთქმედების პროცესებში. ახლახან სტივენ ჰოკინგმა გამოაქვეყნა ნამუშევრის წინასწარი ბეჭდვა, საიდანაც ირკვევა, რომ შავი ხვრელის თერმული გამოსხივება მთლიანად უბრუნებს გარე სამყაროს ინფორმაციას მის ჰორიზონტში მოხვედრილი ობიექტების მდგომარეობის შესახებ. ადრე თვლიდა, რომ ეს ინფორმაცია შეუქცევად ქრებოდა, ახლა კი საპირისპირო დასკვნამდე მივიდა. მიუხედავად ამისა, ხაზგასმით უნდა აღინიშნოს, რომ ამ პრობლემის საბოლოოდ გადაჭრა შესაძლებელია მხოლოდ გრავიტაციის კვანტური თეორიის საფუძველზე, რომელიც ჯერ კიდევ არ არის აშენებული. ”

ჰოკინგის ნამუშევარი ცალკე კომენტარს იმსახურებს. კვანტური მექანიკის ზოგადი პრინციპებიდან გამომდინარეობს, რომ არცერთი ინფორმაცია არ ქრება უკვალოდ, მაგრამ შესაძლოა გადადის ნაკლებად „წაკითხვად“ ფორმაში. თუმცა, შავი ხვრელები შეუქცევად ანადგურებენ მატერიას და, როგორც ჩანს, ინფორმაციასაც ისევე მკაცრად ეპყრობიან. 1976 წელს ჰოკინგმა გამოაქვეყნა სტატია, სადაც ამ დასკვნას მხარს უჭერდა მათემატიკური აპარატი. ზოგიერთი თეორეტიკოსი დაეთანხმა მას, ზოგი არა; კერძოდ, სიმებიანი თეორეტიკოსები თვლიდნენ, რომ ინფორმაცია ურღვევი იყო. გასულ ზაფხულს დუბლინში გამართულ კონფერენციაზე ჰოკინგმა თქვა, რომ ინფორმაცია ჯერ კიდევ ინახება და თერმულ გამოსხივებასთან ერთად ტოვებს აორთქლებადი ხვრელის ზედაპირს. ამ შეხვედრაზე ჰოკინგმა წარმოადგინა თავისი ახალი გამოთვლების მხოლოდ დიაგრამა, რომელიც დროთა განმავლობაში მათ სრულად გამოაქვეყნებს. ახლა კი, როგორც ვალერი ფროლოვმა თქვა, ეს ნამუშევარი ხელმისაწვდომი გახდა წინასწარ დაბეჭდვის სახით.

ბოლოს, პროფესორ ფროლოვს ვთხოვეთ აეხსნა, რატომ თვლის შავი ხვრელები ადამიანის ინტელექტის ერთ-ერთ ყველაზე ფანტასტიკურ გამოგონებად.

„ასტრონომები დიდი ხანია აღმოაჩენენ ობიექტებს, რომელთა გასაგებად არსებითად ახალი ფიზიკური იდეები არ იყო საჭირო. ეს ეხება არა მხოლოდ პლანეტებს, ვარსკვლავებსა და გალაქტიკებს, არამედ ისეთ ეგზოტიკურ სხეულებს, როგორიცაა თეთრი ჯუჯები და ნეიტრონული ვარსკვლავები. მაგრამ შავი ხვრელი არის რაღაც სრულიად განსხვავებული, ეს არის გარღვევა უცნობში. ვიღაცამ თქვა, რომ მისი შიგნეულობა საუკეთესო ადგილიქვესკნელის დასაბინავებლად. ხვრელების, განსაკუთრებით სინგულარების შესწავლა უბრალოდ აიძულებს გამოიყენოს ისეთი არასტანდარტული ცნებები და მოდელები, რომლებიც ბოლო დრომდე პრაქტიკულად არ იყო განხილული ფიზიკაში - მაგალითად, კვანტური გრავიტაცია და სიმების თეორია. აქ ჩნდება უამრავი პრობლემა, რომელიც ფიზიკისთვის უჩვეულოა, მტკივნეულიც კი, მაგრამ, როგორც ახლა ცხადია, აბსოლუტურად რეალურია. ამრიგად, ხვრელების შესწავლა მუდმივად მოითხოვს ფუნდამენტურად ახალ თეორიულ მიდგომებს, მათ შორის იმ მიდგომებს, რომლებიც ფიზიკური სამყაროს შესახებ ჩვენი ცოდნის ზღვარზეა. ”

ფრანგებსა და ბრიტანელებს შორის ხან ნახევრად ხუმრობით, ხან კი სერიოზული დაპირისპირებაა: ვინ უნდა ჩაითვალოს უხილავი ვარსკვლავების არსებობის შესაძლებლობის აღმომჩენად - ფრანგი P. Laplace ან ინგლისელი J. Michelel? 1973 წელს, ცნობილმა ინგლისელმა თეორიულმა ფიზიკოსებმა ს. ჰოკინგმა და გ. ელისმა, წიგნში, რომელიც ეძღვნებოდა სივრცისა და დროის სტრუქტურის თანამედროვე სპეციალურ მათემატიკურ ამოცანებს, ციტირებდნენ ფრანგი პ. ლაპლასის ნაშრომს და ამტკიცებენ, შავი ვარსკვლავების არსებობა; მაშინ ჯ.მიშელის შემოქმედება ჯერ არ იყო ცნობილი. 1984 წლის შემოდგომაზე, ცნობილმა ინგლისელმა ასტროფიზიკოსმა მ რაისმა, ტულუზაში გამართულ კონფერენციაზე გამოსვლისას, თქვა, რომ მიუხედავად იმისა, რომ საფრანგეთის ტერიტორიაზე საუბარი არც თუ ისე მოსახერხებელია, მან უნდა ხაზი გაუსვას, რომ ინგლისელმა ჯ. მიშელმა პირველმა იწინასწარმეტყველა. უხილავი ვარსკვლავები და აჩვენა მისი შესაბამისი ნაწარმოების პირველი გვერდის კადრები. ეს ისტორიული შენიშვნა დამსწრეთა ოვაციებითა და ღიმილით შეხვდა.

როგორ არ გავიხსენოთ ფრანგებსა და ბრიტანელებს შორის დისკუსიები იმის შესახებ, თუ ვინ იწინასწარმეტყველა პლანეტა ნეპტუნის პოზიცია ურანის მოძრაობაში არსებული დარღვევების საფუძველზე: ფრანგმა ვ. ლე ვერიერმა თუ ინგლისელმა ჯ. ადამსმა? მოგეხსენებათ, ორივე მეცნიერმა დამოუკიდებლად სწორად მიუთითა ახალი პლანეტის პოზიცია. მაშინ ფრანგ ვ.ლე ვერიერს უფრო გაუმართლა. ეს არის მრავალი აღმოჩენის ბედი. ხშირად ისინი თითქმის ერთდროულად და დამოუკიდებლად კეთდება სხვადასხვა ადამიანების მიერ.როგორც წესი, უპირატესობა ენიჭება მათ, ვინც პრობლემის არსში ღრმად შეაღწია, მაგრამ ზოგჯერ ეს მხოლოდ ბედის ახირებაა.

მაგრამ პ.ლაპლასისა და ჯ. მიჩილის პროგნოზი ჯერ კიდევ არ იყო შავი ხვრელის რეალური წინასწარმეტყველება. რატომ?

ფაქტია, რომ ლაპლასის დროს ჯერ არ იყო ცნობილი, რომ ბუნებაში სინათლეზე სწრაფად არაფერი მოძრაობს. სიცარიელეში შუქის გასწრება შეუძლებელია! ეს დაადგინა აინშტაინმა ფარდობითობის სპეციალურ თეორიაში უკვე ჩვენს საუკუნეში. მაშასადამე, პ.ლაპლასისთვის ვარსკვლავი, რომელსაც ის განიხილავდა, მხოლოდ შავი იყო (არამნათობი) და მას არ შეეძლო სცოდნოდა, რომ ასეთი ვარსკვლავი კარგავს თავის უნარს ზოგადად "კომუნიკაციის" გარე სამყაროსთან, რაიმესთან "კომუნიკაციისთვის". შორეული სამყაროები მასზე მიმდინარე მოვლენებზე... სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, მან ჯერ არ იცოდა, რომ ეს იყო არა მხოლოდ „შავი“, არამედ „ხვრელი“, რომელშიც შეიძლება ჩავარდნა, მაგრამ გამოსვლა შეუძლებელი იყო. ახლა ჩვენ ვიცით, რომ თუ სინათლე ვერ გამოვა სივრცის გარკვეული არედან, ეს ნიშნავს, რომ საერთოდ ვერაფერი გამოვა და ასეთ ობიექტს შავ ხვრელს ვუწოდებთ.

კიდევ ერთი მიზეზი, რის გამოც ლაპლასის მსჯელობა არ შეიძლება ჩაითვალოს მკაცრი, არის ის, რომ მან განიხილა უზარმაზარი სიმტკიცის გრავიტაციული ველები, რომლებშიც დაცემით სხეულები აჩქარდებიან სინათლის სიჩქარემდე და თავად გამავალი სინათლე შეიძლება შეფერხდეს, და ამავე დროს მან გამოიყენა კანონი. გრავიტაციის ნიუტონი.

ა. აინშტაინმა აჩვენა ”რომ ასეთი ველებისთვის ნიუტონის გრავიტაციის თეორია გამოუსადეგარია და შექმნა ახალი თეორია, რომელიც მოქმედებს სუპერძლიერებისთვის, ასევე სწრაფად ცვალებადი ველებისთვის (რომლებისთვისაც ნიუტონის თეორია ასევე გამოუყენებელია!) და. მას ფარდობითობის ზოგადი თეორია უწოდა. სწორედ ამ თეორიის დასკვნები უნდა იქნას გამოყენებული შავი ხვრელების არსებობის შესაძლებლობის დასამტკიცებლად და მათი თვისებების შესასწავლად.

ფარდობითობის ზოგადი თეორია საოცარი თეორიაა. ის იმდენად ღრმა და მოხდენილია, რომ ესთეტიკურ სიამოვნებას აღძრავს ყველას, ვინც მას იცნობს. საბჭოთა ფიზიკოსებმა ლ. ლანდაუმ და ე. ლიფშიცმა თავიანთ სახელმძღვანელოში „ველის თეორია“ მას უწოდეს „ყველაზე ლამაზად არსებულ ფიზიკურ თეორიებს შორის“. გერმანელმა ფიზიკოსმა მაქს ბორნმა ფარდობითობის თეორიის აღმოჩენის შესახებ თქვა: „მე აღფრთოვანებული ვარ მისით, როგორც ხელოვნების ნიმუშით“. ა საბჭოთა ფიზიკოსივ. გინზბურგი წერდა, რომ ის იწვევს "... განცდას... მსგავსი განცდას, როდესაც ხედავთ ფერწერის, ქანდაკების ან არქიტექტურის ყველაზე გამორჩეულ შედევრებს".

აინშტაინის თეორიის პოპულარული ექსპოზიციის მრავალრიცხოვანმა მცდელობამ, რა თქმა უნდა, შეიძლება მასზე ზოგადი შთაბეჭდილება მოახდინოს. მაგრამ, მართალი გითხრათ, ის ისევე ცოტაა, როგორც თავად თეორიის ცოდნის აღტაცებას, რამდენადაც "სიქსტე მადონას" რეპროდუქციის გაცნობა განსხვავდება იმ გამოცდილებისგან, რომელიც წარმოიქმნება რაფაელის გენიოსის მიერ შექმნილი ორიგინალის განხილვისას. .

და მიუხედავად ამისა, როდესაც არ არის ორიგინალური აღფრთოვანების შესაძლებლობა, შესაძლებელია (და აუცილებელია!) გაეცნოთ არსებულ რეპროდუქციებს, უკეთეს კარგს (და არის ყველანაირი).

ნოვიკოვი ი.დ.

10 აპრილს, Event Horizon Telescope პროექტის ასტროფიზიკოსთა ჯგუფმა გამოაქვეყნა შავი ხვრელის პირველი სურათი. ეს გიგანტური, მაგრამ უხილავი კოსმოსური ობიექტები ჯერ კიდევ ერთ-ერთი ყველაზე იდუმალი და დამაინტრიგებელია ჩვენს სამყაროში.

წაიკითხეთ ქვემოთ

რა არის შავი ხვრელი?

შავი ხვრელი არის ობიექტი (რეგიონი სივრცე-დროში), რომლის გრავიტაციაც იმდენად დიდია, რომ იზიდავს ყველა ცნობილ ობიექტს, მათ შორის, რომლებიც მოძრაობენ სინათლის სიჩქარით. თავად სინათლის კვანტაც ვერ ტოვებს ამ რეგიონს, ამიტომ შავი ხვრელი უხილავია. თქვენ შეგიძლიათ დააკვირდეთ მხოლოდ ელექტრომაგნიტურ ტალღებს, რადიაციას და სივრცის დამახინჯებას შავი ხვრელის გარშემო. გამოქვეყნებული Event Horizon ტელესკოპი ასახავს შავი ხვრელის მოვლენის ჰორიზონტს - აკრეციული დისკის ჩარჩოში მოქცეული სუპერ-გრავიტაციის რეგიონის კიდეს - მანათობელი მატერია, რომელიც "იწოვება" ხვრელში.

ტერმინი „შავი ხვრელი“ გაჩნდა XX საუკუნის შუა ხანებში, იგი შემოიღო ამერიკელმა თეორიულმა ფიზიკოსმა ჯონ არჩიბალდ უილერმა. მან პირველად გამოიყენა ეს ტერმინი სამეცნიერო კონფერენციაზე 1967 წელს.

თუმცა, ვარაუდები ისეთი მასიური ობიექტების არსებობის შესახებ, რომ სინათლეც კი ვერ გადალახავს მათი მიზიდულობის ძალას, წამოაყენეს ჯერ კიდევ მე-18 საუკუნეში. შავი ხვრელების თანამედროვე თეორია ფარდობითობის ფარდობითობის ფარგლებში ჩამოყალიბდა. საინტერესოა, რომ თავად ალბერტ აინშტაინს არ სჯეროდა შავი ხვრელების არსებობის.

საიდან მოდის შავი ხვრელები?

მეცნიერები თვლიან, რომ შავი ხვრელები სხვადასხვა წარმოშობისაა. მასიური ვარსკვლავები სიცოცხლის ბოლოს იქცევიან შავ ხვრელად: მილიარდობით წლის განმავლობაში იცვლება აირების შემადგენლობა და მათში ტემპერატურა, რაც იწვევს ვარსკვლავის გრავიტაციასა და ცხელი აირების წნევას შორის დისბალანსს. შემდეგ ვარსკვლავი იშლება: მისი მოცულობა მცირდება, მაგრამ რადგან მასა არ იცვლება, სიმკვრივე იზრდება. ტიპიური ვარსკვლავური მასის შავი ხვრელის რადიუსი 30 კილომეტრია და სიმკვრივე 200 მილიონ ტონაზე მეტი კუბურ სანტიმეტრზე. შედარებისთვის: დედამიწა რომ შავ ხვრელად იქცეს, მისი რადიუსი უნდა იყოს 9 მილიმეტრი.

არსებობს შავი ხვრელის კიდევ ერთი ტიპი - სუპერმასიური შავი ხვრელები, რომლებიც ქმნიან გალაქტიკების უმეტესობის ბირთვებს. მათი მასა მილიარდჯერ აღემატება ვარსკვლავურ შავ ხვრელებს. სუპერმასიური შავი ხვრელების წარმოშობა უცნობია, ვარაუდობენ, რომ ისინი ოდესღაც ვარსკვლავური მასის შავი ხვრელები იყვნენ, რომლებიც იზრდებოდნენ და ჭამდნენ სხვა ვარსკვლავებს.

ასევე არსებობს საკამათო იდეა პირველყოფილი შავი ხვრელების არსებობის შესახებ, რომლებიც შეიძლება გამოჩნდეს სამყაროს დასაწყისში ნებისმიერი მასის შეკუმშვის შედეგად. გარდა ამისა, არსებობს ვარაუდი, რომ დიდი ადრონული კოლაიდერის დროს წარმოიქმნება ძალიან პატარა შავი ხვრელები, რომელთა მასა ახლოსაა ელემენტარული ნაწილაკების მასასთან. თუმცა ამ ვერსიის დადასტურება ჯერ არ არის.

შთანთქავს თუ არა შავი ხვრელი ჩვენს გალაქტიკას?

ირმის ნახტომის გალაქტიკის ცენტრში არის შავი ხვრელი - Sagittarius A *. მისი მასა ოთხ მილიონჯერ აღემატება მზის მასას, ხოლო ზომა - 25 მილიონი კილომეტრი - დაახლოებით უდრის 18 მზის დიამეტრს. ასეთი მასშტაბი აინტერესებს: განა შავი ხვრელი არ ემუქრება მთელ ჩვენს გალაქტიკას? არა მხოლოდ სამეცნიერო ფანტასტიკის მწერლებს აქვთ ასეთი ვარაუდების საფუძველი: რამდენიმე წლის წინ მეცნიერებმა განაცხადეს გალაქტიკა W2246-0526-ის შესახებ, რომელიც მდებარეობს ჩვენი პლანეტიდან 12,5 მილიარდი სინათლის წლის მანძილზე. ასტრონომების აღწერილობის მიხედვით, W2246-0526-ის ცენტრში არსებული სუპერმასიური შავი ხვრელი თანდათან ანადგურებს მას და მიღებული გამოსხივება აფანტავს გაზის ცხელ გიგანტურ ღრუბლებს ყველა მიმართულებით. შავი ხვრელის მიერ მოწყვეტილი გალაქტიკა 300 ტრილიონ მზეზე უფრო კაშკაშა ანათებს.

თუმცა, ჩვენს საშინაო გალაქტიკას საფრთხე არ ემუქრება (ყოველ შემთხვევაში მოკლევადიან პერიოდში). ირმის ნახტომის ობიექტების უმეტესობა, მზის სისტემის ჩათვლით, ზედმეტად შორს არის შავი ხვრელისგან, რათა იგრძნოს მისი ძალა. გარდა ამისა, „ჩვენი“ შავი ხვრელი არ იწოვს მთელ მასალას, როგორც მტვერსასრუტი, არამედ მოქმედებს მხოლოდ გრავიტაციული წამყვანად მის გარშემო ორბიტაზე მყოფი ვარსკვლავების ჯგუფისთვის - როგორც მზე პლანეტებისთვის.

თუმცა, მაშინაც კი, თუ ჩვენ ოდესმე გავცდით შავი ხვრელის მოვლენის ჰორიზონტს, მაშინ, დიდი ალბათობით, ვერც კი შევამჩნევთ მას.

რა მოხდება, თუ "ჩავარდებით" შავ ხვრელში?

შავი ხვრელის მიერ მიზიდული ობიექტი, დიდი ალბათობით, იქიდან დაბრუნებას ვერ შეძლებს. შავი ხვრელის გრავიტაციის დასაძლევად, თქვენ უნდა განავითაროთ სინათლის სიჩქარეზე მაღალი სიჩქარე, მაგრამ კაცობრიობამ ჯერ არ იცის როგორ გააკეთოს ეს.

შავი ხვრელის ირგვლივ გრავიტაციული ველი ძალიან ძლიერი და არაერთგვაროვანია, ამიტომ მის მახლობლად არსებული ყველა ობიექტი ფორმასა და სტრუქტურას იცვლის. ობიექტის ის მხარე, რომელიც უფრო ახლოს არის მოვლენის ჰორიზონტთან, იზიდავს მეტი ძალით და ეცემა უფრო დიდი აჩქარებით, ამიტომ მთელი ობიექტი იჭიმება და ხდება მაკარონის მსგავსი. მან აღწერა ეს ფენომენი თავის წიგნში " Მოკლე ისტორიადრო ”ცნობილმა ფიზიკოსმა სტივენ ჰოკინგი. ჯერ კიდევ ჰოკინგამდე ასტროფიზიკოსები ამ მოვლენას სპაგეტიფიკაციას უწოდებდნენ.

თუ თქვენ აღწერთ სპაგეტიფიკაციას ასტრონავტის თვალთახედვით, რომელიც ჯერ აფრინდა შავი ხვრელის ფეხებამდე, მაშინ გრავიტაციული ველი მის ფეხებს გამკაცრებს, შემდეგ კი გაჭიმავს და გაანადგურებს სხეულს, აქცევს მას სუბატომური ნაწილაკების ნაკადად.

გარედან შავ ხვრელში ჩავარდნის დანახვა შეუძლებელია, რადგან ის შთანთქავს სინათლეს. გარე დამკვირვებელი დაინახავს მხოლოდ იმას, რომ ობიექტი, რომელიც უახლოვდება შავ ხვრელს, თანდათან ანელებს და შემდეგ საერთოდ ჩერდება. ამის შემდეგ ობიექტის სილუეტი უფრო და უფრო ბუნდოვანი გახდება, შეიძენს წითელ ფერს და ბოლოს უბრალოდ სამუდამოდ გაქრება.

სტივენ ჰოკინგის ვარაუდით, ყველა ობიექტი, რომელსაც იზიდავს შავი ხვრელი, რჩება მოვლენის ჰორიზონტზე. ფარდობითობის თეორიიდან გამომდინარეობს, რომ შავი ხვრელის მახლობლად, დრო ნელდება გაჩერებამდე, ამიტომ ვინც დაეცემა, თავად შავ ხვრელში ჩავარდნა შეიძლება არასოდეს მოხდეს.

Რა არის შიგნით?

გასაგები მიზეზების გამო, ამ კითხვაზე სანდო პასუხი ახლა არ არსებობს. თუმცა, მეცნიერები თანხმდებიან, რომ შავი ხვრელის შიგნით ფიზიკის კანონები აღარ მუშაობს. ერთ-ერთი ყველაზე ამაღელვებელი და ეგზოტიკური ჰიპოთეზის მიხედვით, შავი ხვრელის ირგვლივ სივრცე-დროის კონტინიუმი იმდენადაა დამახინჯებული, რომ თავად რეალობაში წარმოიქმნება ხვრელი, რომელიც შეიძლება იყოს პორტალი სხვა სამყაროსკენ - ან ე.წ.

შავი ხვრელები: სამყაროს ყველაზე იდუმალი ობიექტები

კოსმოსის კვლევის თემაზე პოპულარული სამეცნიერო ფილმების გადაღების მიმართ ინტერესის შედარებით ბოლოდროინდელი ზრდის გამო, თანამედროვე მაყურებელს ბევრი სმენია ისეთი ფენომენების შესახებ, როგორიცაა სინგულარულობა ან შავი ხვრელი. თუმცა, ფილმები, ცხადია, არ ამჟღავნებენ ამ ფენომენების მთელ ბუნებას და ხანდახან ამახინჯებენ აგებულ სამეცნიერო თეორიებს უფრო მეტი ეფექტურობისთვის. ამ მიზეზით, წარმომადგენლობა მრავალი თანამედროვე ადამიანებიამ ფენომენების შესახებ ან სრულიად ზედაპირულად, ან სრულიად მცდარი. პრობლემის ერთ-ერთი გამოსავალი არის ეს სტატია, რომელშიც შევეცდებით გავიგოთ არსებული კვლევის შედეგები და ვუპასუხოთ კითხვას – რა არის შავი ხვრელი?

1784 წელს ინგლისელმა მღვდელმა და ნატურალისტმა ჯონ მიშელმა პირველად მოიხსენია სამეფო საზოგადოებისადმი მიწერილ წერილში ჰიპოთეტური მასიური სხეული, რომელსაც აქვს ისეთი ძლიერი გრავიტაციული მიზიდულობა, რომ მისთვის მეორე კოსმოსური სიჩქარე გადააჭარბებს სინათლის სიჩქარეს. მეორე კოსმოსური სიჩქარე არის სიჩქარე, რომელიც შედარებით პატარა ობიექტს დასჭირდება ციური სხეულის გრავიტაციული მიზიდულობის დასაძლევად და ამ სხეულის გარშემო დახურულ ორბიტას გასცდება. მისი გამოთვლებით, მზის სიმკვრივისა და მზის რადიუსის 500 რადიუსის მქონე სხეულს ზედაპირზე ექნება სინათლის სიჩქარის ტოლი მეორე კოსმოსური სიჩქარე. ამ შემთხვევაში სინათლეც კი არ დატოვებს ასეთი სხეულის ზედაპირს და ამიტომ ეს სხეული მხოლოდ შემომავალ შუქს შთანთქავს და დამკვირვებლისთვის უხილავი დარჩება – ერთგვარი შავი ლაქა ბნელი სივრცის ფონზე.

თუმცა, მიშელის კონცეფციამ სუპერმასიური სხეულის შესახებ დიდი ინტერესი არ გამოიწვია აინშტაინის მუშაობამდე. შეგახსენებთ, რომ ამ უკანასკნელმა სინათლის სიჩქარე განსაზღვრა, როგორც ინფორმაციის გადაცემის შემზღუდავი სიჩქარე. გარდა ამისა, აინშტაინმა გააფართოვა გრავიტაციის თეორია სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარისთვის (). შედეგად, აღარ იყო აქტუალური ნიუტონის თეორიის გამოყენება შავი ხვრელების მიმართ.

აინშტაინის განტოლება

შავ ხვრელებს ფარდობითობის ზოგადი თეორიის გამოყენებისა და აინშტაინის განტოლებების ამოხსნის შედეგად გამოვლინდა შავი ხვრელის ძირითადი პარამეტრები, რომელთაგან მხოლოდ სამია: მასა, ელექტრული მუხტი და კუთხური იმპულსი. აღსანიშნავია ინდოელი ასტროფიზიკოსის სუბრამანიან ჩანდრასეხარის მნიშვნელოვანი წვლილი, რომელმაც შექმნა ფუნდამენტური მონოგრაფია: „შავი ხვრელების მათემატიკური თეორია“.

ამრიგად, აინშტაინის განტოლებების ამოხსნა წარმოდგენილია ოთხი შესაძლო ტიპის შავი ხვრელისთვის:

• BH ბრუნვის გარეშე და დამუხტვის გარეშე - შვარცშილდის გამოსავალი. შავი ხვრელის ერთ-ერთი პირველი აღწერა (1916 წ.) აინშტაინის განტოლებების გამოყენებით, მაგრამ სხეულის სამი პარამეტრიდან ორის გათვალისწინების გარეშე. გერმანელი ფიზიკოსის კარლ შვარცშილდის ამოხსნა შესაძლებელს ხდის სფერული მასიური სხეულის გარე გრავიტაციული ველის გამოთვლას. გერმანელი მეცნიერის მიერ BH-ის კონცეფციის თავისებურება არის მოვლენათა ჰორიზონტის არსებობა და მის უკან დამალული. ასევე, შვარცშილდმა პირველად გამოთვალა გრავიტაციული რადიუსი, რომელმაც მიიღო მისი სახელი, რომელიც განსაზღვრავს სფეროს რადიუსს, რომელზედაც მდებარეობდა მოცემული მასის მქონე სხეულის მოვლენათა ჰორიზონტი.
• BH ბრუნვის გარეშე მუხტით - Reisner-Nordström ხსნარი. გამოსავალი, რომელიც წამოაყენეს 1916-1918 წლებში, შავი ხვრელის შესაძლო ელექტრული მუხტის გათვალისწინებით. ეს მუხტი არ შეიძლება იყოს თვითნებურად დიდი და შეზღუდულია შედეგად მიღებული ელექტრული მოგერიების გამო. ეს უკანასკნელი უნდა იყოს კომპენსირებული გრავიტაციული მიზიდულობით.
• BH ბრუნვით და მუხტის გარეშე - კერის ხსნარი (1963). მბრუნავი კერის შავი ხვრელი სტატიკურისგან განსხვავდება ეგრეთ წოდებული ერგოსფეროს არსებობით (ამ და შავი ხვრელის სხვა კომპონენტების შესახებ წაიკითხეთ ქვემოთ).
• BH ბრუნვით და მუხტით - Kerr - Newman ხსნარი. ეს გამოსავალი გამოითვალა 1965 წელს და ამჟამად ყველაზე სრულყოფილია, რადგან ის ითვალისწინებს BH სამივე პარამეტრს. თუმცა, ჯერ კიდევ ვარაუდობენ, რომ ბუნებაში შავ ხვრელებს აქვთ უმნიშვნელო მუხტი.

შავი ხვრელის ფორმირება

არსებობს რამდენიმე თეორია იმის შესახებ, თუ როგორ წარმოიქმნება და ჩნდება შავი ხვრელი, რომელთაგან ყველაზე ცნობილია გრავიტაციული კოლაფსის შედეგად საკმარისი მასის მქონე ვარსკვლავის წარმოქმნა. ამ შეკუმშვას შეუძლია დაასრულოს სამზე მეტი მზის მასის მქონე ვარსკვლავების ევოლუცია. ასეთი ვარსკვლავების შიგნით თერმობირთვული რეაქციების დასრულების შემდეგ, ისინი იწყებენ სწრაფ კოლაფსს ზემკვრივად. თუ ნეიტრონული ვარსკვლავის გაზის წნევა ვერ ანაზღაურებს გრავიტაციულ ძალებს, ანუ ვარსკვლავის მასა გადალახავს ე.წ. ოპენჰაიმერ-ვოლკოვის ზღვარი, შემდეგ კოლაფსი გრძელდება, რის შედეგადაც მატერია შეკუმშულია შავ ხვრელში.

მეორე სცენარი, რომელიც აღწერს შავი ხვრელის დაბადებას, არის პროტოგალაქტიკური აირის, ანუ ვარსკვლავთშორისი გაზის შეკუმშვა, რომელიც იმყოფება გალაქტიკად ან რაიმე სახის გროვად გარდაქმნის ეტაპზე. თუ არ არის საკმარისი შიდა წნევა იმავე გრავიტაციული ძალების კომპენსაციისთვის, შავი ხვრელი შეიძლება წარმოიშვას.

კიდევ ორი ​​სცენარი ჰიპოთეტური რჩება:

• BH-ის გაჩენის შედეგად - ე.წ. პირველყოფილი შავი ხვრელები.
• წარმოქმნა ბირთვული რეაქციების შედეგად მაღალ ენერგიებზე. ასეთი რეაქციების მაგალითია კოლაიდერის ექსპერიმენტები.

შავი ხვრელების სტრუქტურა და ფიზიკა

შავი ხვრელის შვარცშილდის სტრუქტურა მოიცავს მხოლოდ ორ ელემენტს, რომლებიც ადრე იყო ნახსენები: შავი ხვრელის სინგულარობა და მოვლენათა ჰორიზონტი. მოკლედ რომ ვთქვათ სინგულარობაზე, შეიძლება აღინიშნოს, რომ შეუძლებელია მასში სწორი ხაზის გავლება და ასევე, რომ მასში არსებული ფიზიკური თეორიების უმეტესობა არ მუშაობს. ამრიგად, სინგულარობის ფიზიკა დღემდე საიდუმლოდ რჩება მეცნიერებისთვის. შავი ხვრელი არის ერთგვარი საზღვარი, რომლის გადაკვეთაც, ფიზიკური ობიექტი კარგავს თავის საზღვრებს მიღმა უკან დაბრუნების უნარს და აუცილებლად „ჩავარდება“ შავი ხვრელის სინგულარობაში.

შავი ხვრელის სტრუქტურა გარკვეულწილად რთულდება კერის ხსნარის შემთხვევაში, კერძოდ, BH-ის ბრუნვის არსებობისას. კერის გამოსავალი ვარაუდობს, რომ ხვრელს აქვს ერგოსფერო. ერგოსფერო არის გარკვეული რეგიონი მოვლენათა ჰორიზონტის გარეთ, რომლის შიგნითაც ყველა სხეული მოძრაობს შავი ხვრელის ბრუნვის მიმართულებით. ეს ტერიტორია ჯერ კიდევ არ არის ამაღელვებელი და შესაძლებელია მისი დატოვება, მოვლენების ჰორიზონტისგან განსხვავებით. ერგოსფერო, ალბათ, არის აკრეციული დისკის ერთგვარი ანალოგი, რომელიც ბრუნავს მატერიას მასიური სხეულების გარშემო. თუ სტატიკური შვარცშილდის შავი ხვრელი წარმოდგენილია როგორც შავი სფერო, მაშინ კერის BH-ს, ერგოსფეროს არსებობის გამო, აქვს ფორმის ელიფსოიდი, რომლის სახითაც BH-ს ხშირად ვხედავდით ნახატებში, ძველ ფილმებში ან. ვიდეო თამაშები.

• რამდენს იწონის შავი ხვრელი? - შავი ხვრელის წარმოშობის შესახებ უდიდესი თეორიული მასალა ხელმისაწვდომია ვარსკვლავის დაშლის შედეგად მისი გაჩენის სცენარისთვის. ამ შემთხვევაში ნეიტრონული ვარსკვლავის მაქსიმალური მასა და შავი ხვრელის მინიმალური მასა განისაზღვრება ოპენჰაიმერ-ვოლკოვის ზღვრით, რომლის მიხედვითაც BH მასის ქვედა ზღვარი არის 2,5 - 3 მზის მასა. ოდესმე აღმოჩენილი ყველაზე მძიმე შავი ხვრელი (გალაქტიკა NGC 4889) აქვს 21 მილიარდი მზის მასის მასა. ამასთან, არ უნდა დავივიწყოთ BH-ები, რომლებიც ჰიპოთეტურად წარმოიქმნება ბირთვული რეაქციების შედეგად მაღალ ენერგიებზე, როგორიცაა კოლაიდერები. ასეთი კვანტური შავი ხვრელების, სხვა სიტყვებით რომ ვთქვათ, „პლანკის შავი ხვრელების“ მასას აქვს სიდიდის რიგი, კერძოდ 2 · 10 −5 გ.
• შავი ხვრელის ზომა. მინიმალური BH რადიუსი შეიძლება გამოითვალოს მინიმალური მასიდან (2,5 - 3 მზის მასა). თუ მზის გრავიტაციული რადიუსი, ანუ ტერიტორია, სადაც მოვლენის ჰორიზონტი განთავსდება, არის დაახლოებით 2,95 კმ, მაშინ მინიმალური BH რადიუსი 3 მზის მასის იქნება დაახლოებით ცხრა კილომეტრი. ასეთი შედარებით მცირე ზომა არ ჯდება თავში როცა მოდისმასიური ობიექტების შესახებ, რომლებიც იზიდავს ყველაფერს გარშემო. თუმცა, კვანტური შავი ხვრელების რადიუსი არის - 10 −35 მ.
• შავი ხვრელის საშუალო სიმკვრივე დამოკიდებულია ორ პარამეტრზე: მასაზე და რადიუსზე. სამი მზის მასის მასის მქონე შავი ხვრელის სიმკვრივე არის დაახლოებით 6 · 10 26 კგ / მ³, ხოლო წყლის სიმკვრივე 1000 კგ / მ³. თუმცა, ასეთი პატარა შავი ხვრელები მეცნიერებს არ უპოვიათ. აღმოჩენილი BH-ების უმეტესობას აქვს 105-ზე მეტი მზის მასა. არსებობს საინტერესო ნიმუში, რომლის მიხედვითაც, რაც უფრო მასიურია შავი ხვრელი, მით უფრო დაბალია მისი სიმკვრივე. ამ შემთხვევაში მასის ცვლილება 11 რიგით სიდიდის იწვევს სიმკვრივის ცვლილებას 22 ბრძანებით. ამრიგად, 1 · 10 9 მზის მასის მქონე შავ ხვრელს აქვს 18,5 კგ / მ³ სიმკვრივე, რაც ერთი ერთეულით ნაკლებია ოქროს სიმკვრივეზე. ხოლო BH-ებს, რომელთა მასა 10 10 მზის მასაზე მეტია, შეიძლება ჰქონდეთ საშუალო სიმკვრივე ჰაერის სიმკვრივეზე ნაკლები. ამ გამოთვლებიდან გამომდინარე, ლოგიკურია ვივარაუდოთ, რომ შავი ხვრელის წარმოქმნა ხდება არა მატერიის შეკუმშვის, არამედ დიდი რაოდენობით მატერიის გარკვეულ მოცულობაში დაგროვების შედეგად. კვანტური BH-ების შემთხვევაში მათი სიმკვრივე შეიძლება იყოს დაახლოებით 1094 კგ/მ³.
• შავი ხვრელის ტემპერატურაც მისი მასის უკუპროპორციულია. ეს ტემპერატურა პირდაპირ კავშირშია. ამ გამოსხივების სპექტრი ემთხვევა აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრს, ანუ სხეულის, რომელიც შთანთქავს მთელ ინციდენტურ გამოსხივებას. აბსოლუტურად შავი სხეულის რადიაციის სპექტრი დამოკიდებულია მხოლოდ მის ტემპერატურაზე, მაშინ BH ტემპერატურა შეიძლება განისაზღვროს ჰოკინგის რადიაციული სპექტრიდან. როგორც ზემოთ აღინიშნა, რაც უფრო პატარაა შავი ხვრელი, მით უფრო ძლიერია ეს გამოსხივება. ამ შემთხვევაში, ჰოკინგის გამოსხივება ჰიპოთეტური რჩება, რადგან ის ასტრონომებს ჯერ არ დაუკვირვებიათ. აქედან გამომდინარეობს, რომ თუ ჰოკინგის გამოსხივება არსებობს, მაშინ დაკვირვებული BH-ების ტემპერატურა იმდენად დაბალია, რომ არ იძლევა მითითებული გამოსხივების რეგისტრაციის საშუალებას. გამოთვლების მიხედვით, მზის მასის რიგის მასის მქონე ხვრელის ტემპერატურაც კი უმნიშვნელოა (1 · 10 -7 K ან -272 ° C). კვანტური შავი ხვრელების ტემპერატურამ შეიძლება მიაღწიოს დაახლოებით 10 12 კ-ს და მათი სწრაფი აორთქლებით (დაახლოებით 1,5 წუთი), ასეთ BH-ებს შეუძლიათ ათი მილიონი ატომური ბომბის ენერგიის გამოსხივება. მაგრამ, საბედნიეროდ, ასეთი ჰიპოთეტური ობიექტების შექმნას დასჭირდება 10 14-ჯერ მეტი ენერგია, ვიდრე დღეს მიღწეულია დიდ ადრონულ კოლაიდერზე. გარდა ამისა, ასეთი ფენომენები ასტრონომებს არასოდეს დაუფიქსირებიათ.

რისგან შედგება შავი ხვრელი?

კიდევ ერთი კითხვა აწუხებს როგორც მეცნიერებს, ასევე მათ, ვისაც უბრალოდ ასტროფიზიკა უყვარს - რისგან შედგება შავი ხვრელი? ამ კითხვაზე ცალსახა პასუხი არ არსებობს, რადგან შეუძლებელია რაიმე შავი ხვრელის მიმდებარე მოვლენათა ჰორიზონტის მიღმა ყურება. გარდა ამისა, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, შავი ხვრელის თეორიული მოდელები ითვალისწინებს მის მხოლოდ 3 კომპონენტს: ერგოსფეროს, მოვლენათა ჰორიზონტს და სინგულარობას. ლოგიკურია ვივარაუდოთ, რომ ერგოსფეროში არსებობენ მხოლოდ ის ობიექტები, რომლებსაც შავი ხვრელი იზიდავდა და რომლებიც ახლა მის გარშემო ბრუნავენ - სხვადასხვა სახის კოსმოსური სხეულები და კოსმოსური გაზი. მოვლენათა ჰორიზონტი არის მხოლოდ თხელი იმპლიციტური საზღვარი, რომლის მიღმაც დაცემის შემდეგ, იგივე კოსმოსური სხეულები შეუქცევად იზიდავს BH-ის ბოლო ძირითადი კომპონენტის - სინგულარობისკენ. სინგულარობის ბუნება დღეს შესწავლილი არ არის და მის შემადგენლობაზე საუბარი ნაადრევია.

ზოგიერთი ვარაუდის მიხედვით, შავი ხვრელი შესაძლოა შედგებოდეს ნეიტრონებისგან. თუ მივყვებით შავი ხვრელის სცენარს ნეიტრონულ ვარსკვლავთან ვარსკვლავის შეკუმშვის შედეგად მისი შემდგომი შეკუმშვით, მაშინ, ალბათ, შავი ხვრელის ძირითადი ნაწილი შედგება ნეიტრონებისაგან, რომელთაგან შედგება თავად ნეიტრონული ვარსკვლავი. მარტივი სიტყვებით: როდესაც ვარსკვლავი იშლება, მისი ატომები ისე იკუმშება, რომ ელექტრონები გაერთიანდებიან პროტონებთან, რითაც წარმოქმნიან ნეიტრონებს. მსგავსი რეაქცია რეალურად ხდება ბუნებაში, ხოლო ნეიტრინო ემისია ხდება ნეიტრონის წარმოქმნით. თუმცა, ეს მხოლოდ ვარაუდებია.

რა მოხდება, თუ შავ ხვრელში მოხვდებით?

ასტროფიზიკურ შავ ხვრელში ჩავარდნა სხეულს ჭიმავს. წარმოიდგინეთ ჰიპოთეტური თვითმკვლელი ასტრონავტი, რომელიც შავ ხვრელში დადის, გარდა კოსმოსური კოსტუმისა, ჯერ ფეხები. მოვლენის ჰორიზონტის გადაკვეთისას, ასტრონავტი ვერ შეამჩნევს რაიმე ცვლილებას, მიუხედავად იმისა, რომ მას აღარ აქვს გასვლის შესაძლებლობა. რაღაც მომენტში, ასტრონავტი მიაღწევს წერტილს (მოვლენის ჰორიზონტის ოდნავ უკან), სადაც მისი სხეულის დეფორმაცია დაიწყება. ვინაიდან შავი ხვრელის გრავიტაციული ველი არაერთგვაროვანია და წარმოდგენილია მზარდი ძალის გრადიენტით ცენტრისკენ, ასტრონავტის ფეხებს შესამჩნევად უფრო დიდი გრავიტაციული ეფექტი ექვემდებარება, ვიდრე, მაგალითად, თავი. შემდეგ, გრავიტაციის, უფრო სწორად, მოქცევის ძალების გამო, ფეხები უფრო სწრაფად „ჩამოვარდება“. ამრიგად, სხეული თანდათან იწყებს სიგრძეში დაჭიმვას. ამ ფენომენის აღსაწერად ასტროფიზიკოსებმა საკმაოდ კრეატიული ტერმინი - სპაგეტიფიკაცია მოიგონეს. სხეულის შემდგომი გაჭიმვა, სავარაუდოდ, დაშლის მას ატომებად, რაც ადრე თუ გვიან სინგულარობას მიაღწევს. რას იგრძნობს ადამიანი ამ სიტუაციაში, ვინმეს ვარაუდია. აღსანიშნავია, რომ სხეულის გაჭიმვის ეფექტი უკუპროპორციულია შავი ხვრელის მასის. ანუ, თუ სამი მზის მასის მქონე BH მყისიერად გაჭიმავს / არღვევს სხეულს, მაშინ სუპერმასიურ შავ ხვრელს ექნება უფრო დაბალი მოქცევის ძალები და არის ვარაუდები, რომ ზოგიერთ ფიზიკურ მასალას შეუძლია „გაუძლოს“ ასეთ დეფორმაციას სტრუქტურის დაკარგვის გარეშე.

მოგეხსენებათ, დრო უფრო ნელა მიედინება მასიურ ობიექტებთან, რაც იმას ნიშნავს, რომ თვითმკვლელი ასტრონავტის დრო გაცილებით ნელა მიედინება, ვიდრე მიწიერებისთვის. ამ შემთხვევაში, შესაძლოა, ის გადარჩება არა მხოლოდ მეგობრებს, არამედ თავად დედამიწასაც. საჭირო იქნება გამოთვლები იმის დასადგენად, თუ რამდენი დრო შენელდება ასტრონავტისთვის; თუმცა, ზემოაღნიშნულიდან გამომდინარე, შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ ასტრონავტი ძალიან ნელა ჩავარდება შავ ხვრელში და, შესაძლოა, უბრალოდ არ იცოცხლოს იმ მომენტისთვის, როდესაც მისი სხეული იწყებს დეფორმაციას.

აღსანიშნავია, რომ გარეთ დამკვირვებლისთვის ყველა სხეული, რომელიც აფრინდა მოვლენათა ჰორიზონტზე, დარჩება ამ ჰორიზონტის კიდეზე, სანამ მათი გამოსახულება არ გაქრება. ამის მიზეზი გრავიტაციული წითელ გადანაცვლებაა. რამდენადმე გამარტივებით, შეგვიძლია ვთქვათ, რომ მოვლენათა ჰორიზონტზე თვითმკვლელი კოსმონავტის „გაყინული“ სხეულზე დაცემული სინათლე შენელებული დროის გამო შეცვლის მის სიხშირეს. რაც დრო გადის უფრო ნელა, სინათლის სიხშირე მცირდება და ტალღის სიგრძე გაიზრდება. ამ ფენომენის შედეგად გასასვლელში, ანუ გარე დამკვირვებლისთვის სინათლე თანდათან გადაინაცვლებს დაბალი სიხშირისკენ - წითელი. სინათლის ცვლა სპექტრის გასწვრივ მოხდება, რადგან თვითმკვლელი ასტრონავტი უფრო და უფრო შორდება დამკვირვებელს, თუმცა თითქმის შეუმჩნევლად, და მისი დრო უფრო და უფრო ნელა გადის. ამრიგად, მისი სხეულის მიერ არეკლილი შუქი მალე სცილდება ხილულ სპექტრს (გამოსახულება გაქრება) და მომავალში ასტრონავტის სხეულის დაჭერა შესაძლებელია მხოლოდ ინფრაწითელ რეგიონში, მოგვიანებით კი რადიოსიხშირეში და შედეგად , რადიაცია სრულიად გაუგებარი იქნება.

ზემოაღნიშნულის მიუხედავად, ვარაუდობენ, რომ ძალიან დიდ ზემასიურ შავ ხვრელებში მოქცევის ძალები არც თუ ისე დიდად იცვლება მანძილით და თითქმის ერთნაირად მოქმედებს დაცემით სხეულზე. ამ შემთხვევაში, დავარდნილი კოსმოსური ხომალდი თავის სტრუქტურას შეინარჩუნებს. ჩნდება გონივრული კითხვა - სად მიდის შავი ხვრელი? ამ კითხვაზე პასუხის გაცემა შესაძლებელია ზოგიერთი მეცნიერის ნაშრომით, რომელიც აკავშირებს ორ ისეთ ფენომენს, როგორიცაა ჭიის ხვრელები და შავი ხვრელები.

ჯერ კიდევ 1935 წელს ალბერტ აინშტაინმა და ნათან როზენმა, იმის გათვალისწინებით, წამოაყენეს ჰიპოთეზა ეგრეთ წოდებული ჭიის ხვრელების არსებობის შესახებ, რომლებიც აკავშირებენ სივრცე-დროის ორ წერტილს ბილიკით ამ უკანასკნელის მნიშვნელოვანი გამრუდების ადგილებში - აინშტაინ-როზენი. ხიდი ან ჭიის ხვრელი. სივრცის ასეთი მძლავრი გამრუდებასთვის საჭირო იქნება გიგანტური მასის მქონე სხეულები, რომელთა როლს შავი ხვრელები შესანიშნავად გაუმკლავდებიან.

აინშტაინ-როზენის ხიდი ითვლება გაუვალ ჭიის ხვრელად, რადგან ის პატარა და არასტაბილურია.

შავი და თეთრი ხვრელების თეორიის ფარგლებში შესაძლებელია ჭიის ხვრელის გადაკვეთა. სადაც თეთრი ხვრელი არის შავ ხვრელში ჩარჩენილი ინფორმაციის გამომავალი. თეთრი ხვრელი აღწერილია ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ფარგლებში, მაგრამ დღეს ის ჰიპოთეტურია და არ არის აღმოჩენილი. ჭიის ხვრელის კიდევ ერთი მოდელი, რომელიც შემოთავაზებულია ამერიკელი მეცნიერების კიპ თორნისა და მისი კურსდამთავრებულის, მაიკ მორისის მიერ, შეიძლება იყოს სიარული. თუმცა, როგორც მორის-თორნის ჭიის ხვრელის შემთხვევაში, ასევე შავ-თეთრი ხვრელების შემთხვევაში, მოგზაურობის შესაძლებლობა მოითხოვს ეგზოტიკური მატერიის არსებობას, რომელსაც აქვს უარყოფითი ენერგია და ასევე ჰიპოთეტური რჩება.

შავი ხვრელები სამყაროში

შავი ხვრელების არსებობა შედარებით ცოტა ხნის წინ (2015 წლის სექტემბერი) დადასტურდა, თუმცა, ამ დრომდე უკვე არსებობდა მნიშვნელოვანი თეორიული მასალა BH-ების ბუნებაზე, ისევე როგორც ბევრი კანდიდატი ობიექტი შავი ხვრელის როლისთვის. უპირველეს ყოვლისა, მხედველობაში უნდა იქნას მიღებული BH-ის ზომა, რადგან ფენომენის ბუნება დამოკიდებულია მათზე:

• ვარსკვლავური მასის შავი ხვრელი... ასეთი ობიექტები ვარსკვლავის დაშლის შედეგად წარმოიქმნება. როგორც უკვე აღვნიშნეთ, სხეულის მინიმალური მასა, რომელსაც შეუძლია შექმნას ასეთი შავი ხვრელი, არის 2,5 - 3 მზის მასა.
• საშუალო მასის შავი ხვრელები... შავი ხვრელების პირობითი შუალედური ტიპი, რომელიც გაიზარდა ახლომდებარე ობიექტების შთანთქმის გამო, როგორიცაა გაზის დაგროვება, ახლომდებარე ვარსკვლავი (ორვარსკვლავიან სისტემებში) და სხვა კოსმოსური სხეულები.
• Სუპერმასიური შავი ხვრელი... კომპაქტური ობიექტები 10 5 -10 10 მზის მასით. ასეთი BH-ების გამორჩეული თვისებებია პარადოქსულად დაბალი სიმკვრივე, ისევე როგორც სუსტი მოქცევის ძალები, რომლებიც ადრე იყო ნახსენები. ეს არის ასეთი სუპერმასიური შავი ხვრელი ჩვენი ირმის ნახტომის გალაქტიკის ცენტრში (მშვილდოსანი A *, Sgr A *), ისევე როგორც სხვა გალაქტიკების უმეტესობა.

შავი სახლის კანდიდატები

უახლოესი შავი ხვრელი, უფრო სწორად, BH-ის როლის კანდიდატი, არის ობიექტი (V616 Unicorn), რომელიც მდებარეობს მზიდან 3000 სინათლის წლის მანძილზე (ჩვენს გალაქტიკაში). იგი შედგება ორი კომპონენტისგან: ვარსკვლავი, რომლის მასის ნახევარი მზის მასაა, ასევე უხილავი პატარა სხეული, რომლის მასა 3-5 მზის მასაა. თუ ეს ობიექტი აღმოჩნდება ვარსკვლავური მასის პატარა შავი ხვრელი, მაშინ ის იქნება უახლოესი BH.

ამ ობიექტის შემდეგ, მეორე უახლოესი შავი ხვრელი არის Cyg X-1 ობიექტი, რომელიც იყო BH-ის როლის პირველი კანდიდატი. მანძილი მასთან არის დაახლოებით 6070 სინათლის წელი. ის კარგად არის შესწავლილი: მას აქვს 14,8 მზის მასა და მოვლენათა ჰორიზონტის რადიუსი დაახლოებით 26 კმ.

ზოგიერთი წყაროს თანახმად, BH-ის როლის კიდევ ერთი უახლოესი კანდიდატი შეიძლება იყოს სხეული V4641 Sagittarii (V4641 Sgr) ვარსკვლავურ სისტემაში, რომელიც, 1999 წლის შეფასებით, მდებარეობდა 1600 სინათლის წლის მანძილზე. თუმცა, შემდგომმა კვლევებმა ეს მანძილი მინიმუმ 15-ჯერ გაზარდა.

რამდენი შავი ხვრელია ჩვენს გალაქტიკაში?

ამ კითხვაზე ზუსტი პასუხი არ არსებობს, რადგან მათზე დაკვირვება საკმაოდ რთულია და ცის შესწავლის მთელი პერიოდის განმავლობაში მეცნიერებმა მოახერხეს ირმის ნახტომის შიგნით ათამდე შავი ხვრელის პოვნა. გამოთვლების გარეშე, ჩვენ აღვნიშნავთ, რომ ჩვენს გალაქტიკაში დაახლოებით 100-400 მილიარდი ვარსკვლავია და დაახლოებით ყოველ მეათასედ ვარსკვლავს აქვს საკმარისი მასა შავი ხვრელის შესაქმნელად. სავარაუდოა, რომ ირმის ნახტომის არსებობის დროს მილიონობით შავი ხვრელი შეიძლებოდა ჩამოყალიბებულიყო. ვინაიდან უზარმაზარი შავი ხვრელების დარეგისტრირება უფრო ადვილია, ლოგიკურია ვივარაუდოთ, რომ ჩვენს გალაქტიკაში BH-ების უმეტესობა არ არის სუპერმასიური. აღსანიშნავია, რომ NASA-ს 2005 წლის კვლევები ვარაუდობს შავი ხვრელების (10-20 ათასი) გროვის არსებობას, რომელიც გალაქტიკის ცენტრის გარშემო ბრუნავს. გარდა ამისა, 2016 წელს იაპონელმა ასტროფიზიკოსებმა ობიექტთან ახლოს აღმოაჩინეს მასიური თანამგზავრი * - შავი ხვრელი, ირმის ნახტომის ბირთვი. ამ სხეულის მცირე რადიუსის (0,15 სინათლის წელი) და ასევე უზარმაზარი მასის (100 000 მზის მასის) გამო მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ ეს ობიექტი ასევე სუპერმასიური შავი ხვრელია.

ჩვენი გალაქტიკის ბირთვი, ირმის ნახტომის შავი ხვრელი (Sagittarius A *, Sgr A * ან Sagittarius A *) არის სუპერმასიური და აქვს 4,31 10 6 მზის მასა და 0,00071 სინათლის წლის რადიუსი (6,25 სინათლის წელი). ანუ 6,75 მილიარდი კმ). მშვილდოსნის A * ტემპერატურა მის გარშემო არსებულ მტევანთან ერთად არის დაახლოებით 1 · 10 7 კ.

ყველაზე დიდი შავი ხვრელი

ყველაზე დიდი შავი ხვრელი სამყაროში, რომელიც მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, არის სუპერმასიური შავი ხვრელი, FSRQ blazar, გალაქტიკა S5 0014 + 81 ცენტრში, დედამიწიდან 1,2 · 10 10 სინათლის წლის მანძილზე. ავტორი წინასწარი შედეგებიდაკვირვებები Swift-ის კოსმოსური ობსერვატორიის გამოყენებით, BH-ის მასა იყო 40 მილიარდი (40 · 10 9) მზის მასა, ხოლო ასეთი ხვრელის შვარცშილდის რადიუსი იყო 118,35 მილიარდი კილომეტრი (0,013 სინათლის წელი). ასევე ვარაუდობენ, რომ იგი წარმოიშვა 12,1 მილიარდი წლის წინ (დიდი აფეთქებიდან 1,6 მილიარდი წლის შემდეგ). თუ ეს გიგანტური შავი ხვრელი არ შთანთქავს მიმდებარე მატერიას, მაშინ ის გადარჩება შავი ხვრელების ეპოქამდე - სამყაროს განვითარების ერთ-ერთ ეპოქამდე, რომლის დროსაც მასში შავი ხვრელები დომინირებენ. თუ გალაქტიკა S5 0014 + 81-ის ბირთვი განაგრძობს ზრდას, მაშინ ის გახდება ერთ-ერთი ბოლო შავი ხვრელი, რომელიც იარსებებს სამყაროში.

დანარჩენი ორი ცნობილი შავი ხვრელი, თუმცა მათ არ აქვთ საკუთარი სახელები, ყველაზე დიდი მნიშვნელობა აქვთ შავი ხვრელების შესასწავლად, რადგან მათ ექსპერიმენტულად დაადასტურეს მათი არსებობა და ასევე მისცეს მნიშვნელოვანი შედეგები გრავიტაციის შესასწავლად. საუბარია მოვლენაზე GW150914, რომელსაც ორი შავი ხვრელის ერთში შეჯახება ჰქვია. ამ ღონისძიებამ შესაძლებელი გახადა რეგისტრაცია.

შავი ხვრელების აღმოჩენა

სანამ შავი ხვრელების აღმოჩენის მეთოდებს განვიხილავთ, უნდა უპასუხოთ კითხვას - რატომ არის შავი ხვრელი შავი? - მასზე პასუხი არ მოითხოვს ღრმა ცოდნას ასტროფიზიკასა და კოსმოლოგიაში. ფაქტია, რომ შავი ხვრელი შთანთქავს მასზე მოხვედრილ მთელ გამოსხივებას და საერთოდ არ ასხივებს, თუ არ გავითვალისწინებთ ჰიპოთეტურს. თუ ამ ფენომენს უფრო დეტალურად განვიხილავთ, შეგვიძლია ვივარაუდოთ, რომ პროცესები, რომლებიც ელექტრომაგნიტური გამოსხივების სახით ენერგიის გამოყოფას იწვევს, შავი ხვრელების შიგნით არ მიმდინარეობს. შემდეგ, თუ BH ასხივებს, მაშინ ის ჰოკინგის სპექტრშია (რომელიც ემთხვევა გახურებული, აბსოლუტურად შავი სხეულის სპექტრს). თუმცა, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, ეს გამოსხივება არ იქნა აღმოჩენილი, რაც შავი ხვრელების სრულიად დაბალ ტემპერატურაზე მიუთითებს.

კიდევ ერთი ზოგადად მიღებული თეორია არის ის ელექტრომაგნიტური რადიაციადა საერთოდ არ შეუძლია მოვლენის ჰორიზონტის დატოვება. სავარაუდოდ, ფოტონებს (მსუბუქ ნაწილაკებს) არ იზიდავს მასიური ობიექტები, რადგან თეორიის მიხედვით, მათ თავად არ აქვთ მასა. თუმცა, შავი ხვრელი მაინც „იზიდავს“ სინათლის ფოტონებს სივრცე-დროის დამახინჯებით. თუ კოსმოსში შავ ხვრელს წარმოვიდგენთ, როგორც ერთგვარ ჩაღრმავებას სივრცე-დროის გლუვ ზედაპირზე, მაშინ შავი ხვრელის ცენტრიდან არის გარკვეული მანძილი, რომლის მიახლოებასაც სინათლე ვეღარ მოშორდება. ანუ, უხეშად რომ ვთქვათ, სინათლე იწყებს „ჩავარდნას“ „ორმოში“, რომელსაც „ძირიც“ არ აქვს.

გარდა ამისა, თუ გავითვალისწინებთ გრავიტაციული წითელ გადანაცვლების ეფექტს, მაშინ შესაძლებელია, რომ შავ ხვრელში სინათლე დაკარგოს სიხშირე, გადაინაცვლოს სპექტრის გასწვრივ დაბალი სიხშირის გრძელი ტალღის გამოსხივების რეგიონში, სანამ არ დაკარგავს ენერგიას. საერთოდ.

ასე რომ, შავი ხვრელი შავია და, შესაბამისად, ძნელია კოსმოსში აღმოჩენა.

გამოვლენის მეთოდები

განვიხილოთ ის მეთოდები, რომლებსაც ასტრონომები იყენებენ შავი ხვრელის აღმოსაჩენად:

ზემოთ ნახსენები მეთოდების გარდა, მეცნიერები ხშირად უკავშირებენ ისეთ ობიექტებს, როგორიცაა შავი ხვრელები და. კვაზარები არის კოსმოსური სხეულებისა და გაზის ერთგვარი გროვები, რომლებიც სამყაროს ერთ-ერთი ყველაზე კაშკაშა ასტრონომიული ობიექტია. ვინაიდან მათ აქვთ ლუმინესცენციის მაღალი ინტენსივობა შედარებით მცირე ზომებში, არსებობს საფუძველი ვიფიქროთ, რომ ამ ობიექტების ცენტრი არის სუპერმასიური შავი ხვრელი, რომელიც იზიდავს მიმდებარე მატერიას. ასეთი ძლიერი გრავიტაციული მიზიდულობის გამო, მოზიდული მატერია იმდენად ცხელია, რომ ინტენსიურად ასხივებს. ასეთი ობიექტების პოვნა ჩვეულებრივ შედარებულია შავი ხვრელის პოვნასთან. ზოგჯერ კვაზარებს შეუძლიათ ასხივონ გახურებული პლაზმის ორი მიმართულებით - რელატივისტური ჭავლები. ამგვარი ჭავლების (ჭავლების) გამოჩენის მიზეზები ბოლომდე გასაგები არ არის, თუმცა, ისინი, სავარაუდოდ, გამოწვეულია BH-ის მაგნიტური ველების და აკრეციული დისკის ურთიერთქმედებით და არ გამოიყოფა პირდაპირი შავი ხვრელის მიერ.

თვითმფრინავი გალაქტიკაში M87, რომელიც დაფრინავს BH-ის ცენტრიდან

ზემოაღნიშნულის შეჯამებით, შეიძლება ახლოდან წარმოვიდგინოთ: ეს არის სფერული შავი ობიექტი, რომლის ირგვლივ ბრუნავს ძლიერ გახურებული მატერია და ქმნის მანათობელ აკრეციულ დისკს.

შავი ხვრელების შერწყმა და შეჯახება

ასტროფიზიკის ერთ-ერთი ყველაზე საინტერესო მოვლენაა შავი ხვრელების შეჯახება, რაც ასევე შესაძლებელს ხდის ასეთი მასიური ასტრონომიული სხეულების აღმოჩენას. ასეთი პროცესები საინტერესოა არა მხოლოდ ასტროფიზიკოსებისთვის, რადგან ფიზიკოსების მიერ ცუდად შესწავლილი ფენომენები ხდება მათი შედეგი. ყველაზე თვალსაჩინო მაგალითია ადრე ნახსენები მოვლენა სახელწოდებით GW150914, როდესაც ორი შავი ხვრელი ისე მიუახლოვდა, რომ ერთმანეთში გაერთიანდა ორმხრივი გრავიტაციული მიზიდულობის შედეგად. ამ შეჯახების მნიშვნელოვანი შედეგი იყო გრავიტაციული ტალღების გაჩენა.

გრავიტაციული ტალღების განმარტების მიხედვით, ეს არის გრავიტაციული ველის ცვლილებები, რომლებიც ტალღის მსგავსი გზით ვრცელდება მასიური მოძრავი ობიექტებიდან. როდესაც ორი ასეთი ობიექტი ერთმანეთს უახლოვდება, ისინი იწყებენ ბრუნვას საერთო სიმძიმის ცენტრის გარშემო. როდესაც ისინი ერთმანეთს უახლოვდებიან, მათი ბრუნვა საკუთარი ღერძის გარშემო იზრდება. გრავიტაციული ველის ასეთ ცვალებადი რყევებს რაღაც მომენტში შეუძლია შექმნას ერთი ძლიერი გრავიტაციული ტალღა, რომელსაც შეუძლია კოსმოსში გავრცელება მილიონობით სინათლის წლის განმავლობაში. ასე რომ, 1,3 მილიარდი სინათლის წლის მანძილზე, ორი შავი ხვრელი შეეჯახა, რის შედეგადაც წარმოიქმნა ძლიერი გრავიტაციული ტალღა, რომელმაც დედამიწამდე 2015 წლის 14 სექტემბერს მიაღწია და დაფიქსირდა LIGO და VIRGO დეტექტორებით.

როგორ კვდებიან შავი ხვრელები?

ცხადია, რომ შავმა ხვრელმა არსებობა შეწყვიტოს, მას მთელი მასა უნდა დაკარგოს. თუმცა, მისი განმარტებით, შავი ხვრელის საზღვრებს ვერაფერი დატოვებს, თუ მან გადაკვეთა მოვლენათა ჰორიზონტი. ცნობილია, რომ საბჭოთა თეორიულმა ფიზიკოსმა ვლადიმერ გრიბოვმა პირველმა ახსენა შავი ხვრელის ნაწილაკების გამოსხივების შესაძლებლობა სხვა საბჭოთა მეცნიერ იაკოვ ზელდოვიჩთან საუბრისას. ის ამტკიცებდა, რომ კვანტური მექანიკის თვალსაზრისით, შავ ხვრელს შეუძლია ნაწილაკების გამოსხივება გვირაბის ეფექტის მეშვეობით. მოგვიანებით, კვანტური მექანიკის დახმარებით, ინგლისელმა თეორიულმა ფიზიკოსმა სტივენ ჰოკინგმა ააგო საკუთარი, გარკვეულწილად განსხვავებული თეორია. Უფრო მეტი ამ ფენომენსშეგიძლიათ წაიკითხოთ. მოკლედ, ვაკუუმში არის ეგრეთ წოდებული ვირტუალური ნაწილაკები, რომლებიც გამუდმებით იბადებიან წყვილებში და ანადგურებენ ერთმანეთს, ხოლო არ ურთიერთობენ გარე სამყაროსთან. მაგრამ თუ ასეთი წყვილები გამოჩნდება შავი ხვრელის მოვლენის ჰორიზონტზე, მაშინ ძლიერ გრავიტაციას ჰიპოთეტურად შეუძლია მათი გამიჯვნა, ერთი ნაწილაკი მოხვდება BH-ში, ხოლო მეორე მიდის შავი ხვრელიდან. და რადგან ხვრელიდან გამოქცეული ნაწილაკი შეიძლება შეინიშნოს და, შესაბამისად, აქვს დადებითი ენერგიები, ხვრელში ჩავარდნილ ნაწილაკს უნდა ჰქონდეს უარყოფითი ენერგიები. ამრიგად, შავი ხვრელი დაკარგავს თავის ენერგიას და იქნება ეფექტი, რომელსაც შავი ხვრელის აორთქლება ეწოდება.

შავი ხვრელის არსებული მოდელების მიხედვით, როგორც უკვე აღვნიშნეთ, მასის კლებასთან ერთად მისი გამოსხივება უფრო ინტენსიური ხდება. შემდეგ, BH-ის არსებობის ბოლო ეტაპზე, როდესაც ის შეიძლება შემცირდეს კვანტური შავი ხვრელის ზომამდე, ის გამოყოფს უზარმაზარ ენერგიას გამოსხივების სახით, რომელიც შეიძლება იყოს ათასობით ან თუნდაც მილიონების ექვივალენტი. ატომური ბომბები. ეს მოვლენა გარკვეულწილად მოგვაგონებს შავი ხვრელის აფეთქებას, იგივე ბომბის მსგავსად. გამოთვლების მიხედვით, დიდი აფეთქების შედეგად, შესაძლოა აღმოცენებულიყო პირველყოფილი შავი ხვრელები და ისინი, რომელთა მასა დაახლოებით 10 12 კგ-ია, ჩვენს დროში უნდა აორთქლებულიყო და აფეთქებულიყო. როგორც არ უნდა იყოს, ასეთი აფეთქებები ასტრონომებს არასოდეს შეუმჩნევიათ.

მიუხედავად ჰოკინგის მიერ შემოთავაზებული შავი ხვრელების განადგურების მექანიზმისა, ჰოკინგის გამოსხივების თვისებები იწვევს პარადოქსს კვანტური მექანიკის ჩარჩოებში. თუ შავი ხვრელი შთანთქავს სხეულს და შემდეგ კარგავს ამ სხეულის შეწოვის შედეგად წარმოქმნილ მასას, მაშინ სხეულის ბუნების მიუხედავად, შავი ხვრელი არ განსხვავდება იმისგან, რაც იყო სხეულის შთანთქმამდე. ამ შემთხვევაში, ინფორმაცია სხეულის შესახებ სამუდამოდ იკარგება. თეორიული გამოთვლების თვალსაზრისით, საწყისი სუფთა მდგომარეობის გარდაქმნა მიღებულ შერეულ („თერმულ“) მდგომარეობაში არ შეესაბამება კვანტური მექანიკის დღევანდელ თეორიას. ამ პარადოქსს ზოგჯერ უწოდებენ ინფორმაციის გაქრობას შავ ხვრელში. ამ პარადოქსის საბოლოო გამოსავალი არ მოიძებნა. პარადოქსის გადაჭრის ცნობილი ვარიანტები:

• ჰოკინგის თეორიის შეუსაბამობა. ეს იწვევს შავი ხვრელის განადგურებისა და მისი მუდმივი ზრდის შეუძლებლობას.
• თეთრი ხვრელების არსებობა. ამ შემთხვევაში, აბსორბირებული ინფორმაცია არ ქრება, არამედ უბრალოდ სხვა სამყაროში გადადის.
• კვანტური მექანიკის ზოგადად მიღებული თეორიის შეუსაბამობა.

შავი ხვრელის ფიზიკის გადაუჭრელი პრობლემები

როგორც ჩანს, ის, რაც ადრე იყო აღწერილი, თუმცა შავი ხვრელები შედარებით დიდი ხნის განმავლობაში იყო შესწავლილი, მათ ჯერ კიდევ აქვთ მრავალი მახასიათებელი, რომლის მექანიზმები მეცნიერებისთვის დღემდე უცნობია.

• 1970 წელს ინგლისელმა მეცნიერმა ჩამოაყალიბა ე.წ. „კოსმიური ცენზურის პრინციპი“ – „ბუნება სძულს შიშველ სინგულარობას“. ეს ნიშნავს, რომ სინგულარობა იქმნება მხოლოდ მხედველობისგან დაფარულ ადგილებში, შავი ხვრელის ცენტრის მსგავსად. თუმცა, ეს პრინციპი ჯერ არ არის დადასტურებული. ასევე არსებობს თეორიული გამოთვლები, რომლის მიხედვითაც შეიძლება მოხდეს „შიშველი“ სინგულარობა.
• არც „არა თმის თეორემა“ დადასტურებულა, რომლის მიხედვითაც შავ ხვრელებს მხოლოდ სამი პარამეტრი აქვთ.
• შავი ხვრელის მაგნიტოსფეროს სრული თეორია შემუშავებული არ არის.
• გრავიტაციული სინგულარობის ბუნება და ფიზიკა არ არის შესწავლილი.
• ზუსტად არ არის ცნობილი რა ხდება შავი ხვრელის არსებობის ბოლო ეტაპზე და რა რჩება მისი კვანტური დაშლის შემდეგ.

საინტერესო ფაქტები შავი ხვრელების შესახებ

ზემოაღნიშნულის შეჯამებით, შავი ხვრელების ბუნების რამდენიმე საინტერესო და უჩვეულო მახასიათებელია:

• BH-ებს აქვთ მხოლოდ სამი პარამეტრი: მასა, ელექტრული მუხტი და კუთხური იმპულსი. ამ სხეულის მახასიათებლების ასეთი მცირე რაოდენობის შედეგად, თეორემას, რომელიც ამას ამტკიცებს, ეწოდება "თმის გარეშე თეორემა". ამან ასევე წარმოშვა ფრაზა „შავ ხვრელს თმა არ აქვს“, რაც იმას ნიშნავს, რომ ორი შავი ხვრელი აბსოლუტურად იდენტურია, მათი სამი პარამეტრი ერთი და იგივეა.
• BH-ის სიმკვრივე შეიძლება იყოს ჰაერის სიმკვრივეზე ნაკლები, ხოლო ტემპერატურა ახლოს არის აბსოლუტური ნული... აქედან შეიძლება ვივარაუდოთ, რომ შავი ხვრელის წარმოქმნა ხდება არა მატერიის შეკუმშვის გამო, არამედ დიდი რაოდენობით მატერიის გარკვეულ მოცულობაში დაგროვების შედეგად.
• BH-ს მიერ შთანთქმული სხეულების დრო გაცილებით ნელა გადის, ვიდრე გარე დამკვირვებლისთვის. გარდა ამისა, შთანთქმის სხეულები მნიშვნელოვნად არის დაჭიმული შავი ხვრელის შიგნით, რომელსაც მეცნიერებმა უწოდეს - სპაგეტიფიკაცია.
• ჩვენს გალაქტიკაში შეიძლება იყოს დაახლოებით მილიონი შავი ხვრელი.
• ალბათ ყველა გალაქტიკის ცენტრში არის სუპერმასიური შავი ხვრელი.
• სამომავლოდ, თეორიული მოდელის მიხედვით, სამყარო მიაღწევს ეგრეთ წოდებულ შავი ხვრელების ეპოქას, როდესაც შავი ხვრელები გახდებიან სამყაროს დომინანტური სხეულები.