Global Lithuanian Net:    san-taka station:

Juodųjų skylių portretas

 

Taip pat skaitykite Juodųjų skylių paradoksai  
Juodosios skylės ne tokios jau ir juodos  

Paukščių tako centre glūdi Sagittarius A*, kurios masė kaip 4,5 mln. saulių. Niekas, net šviesa, negali ištrūkti iš jos horizonto. Todėl mes negalime jos pamatyti; irr netgi tvirtai nežinome, ar „juodosios skylės“ egzistuoja iš tikro. Astronomai aptiko objektų, kurie yra pakankamai masyvūs ir mažos apimties, kad, jei bendroji reliatyvumo teorija teisinga, jie turėtų būti juodosios skylės.

Juodosios skylės horizontas, atstumas, po kurio šviesa jau negali ištrūkti, keri, nes parodo dviejų didžiausių 20 a. teorijų (kvantinės mechanikos ir bendrosios reliatyvumo) nesuderinamumą. Laiko grįžtamoji tėkmė yra svarbiausia kvantinės mechanikos savybė – kiekvienas kvantinis procesas turi atvirkščią procesą,

Juodosios skylės svarbiu parametru yra jos horizontas. Tai juodąją skylę gaubianti sfera, iš kurios vidaus niekas jau neišsiveržia į išorę. Ją supa įkaitusios dujos, sudarančios švytintį diską, besisukantį aplink juodąją skylę, kuriame yra skaidrių šviesių dėmių, panašių į Saulės žybsnius. Diskas gali būti plonas, tačiau gali būti ir plačiu kampu abipus sukimosi plokštumos, bei nutįsti gerokai toliau. Kai kurios supermasyvios juodosios skylės beveik šviesos greičių išmeta čiurkšles. Ties fotonų orbita šviesa, iš principo, turėtų nuolat suktis aplink juodąją skylę, tačiau tikrovėje bet koks netolydumas gali sukelti jos nukrypimą spirale į vidų ar į išorę.
Centaurus A galaxy
„Chandra“ nuotraukoje Centaurus A galaktika rentgeno spindulių diapazone matome milžinišką 13 tūkst. šviesmečių čiurkšlę, kurie išsviedė, kaip spėjama, supermasyvi juodoji skylė.

kuris, iš esmės, gali būti panaudotas atstatyti bet kurią pradinę informaciją. Tuo tarpu Bendroji reliatyvumo teorija
bendroji reliatyvumo teorija, kuri aiškina gravitaciją, kaip kylančią iš erdvės iškreivinimo, ir numato juodųjų skylių, panaikinančių atvirkštinio proceso galimybę, egzistavimą. Šio nesuderinamumo pašalinimas ir yra vienas veiksnių, skatinančių stygų teorijos (kvantinės gravitacijos) kūrimą.

Atsakymų reikia ir klausimams apie tai, kas vyksta greta juodųjų skylių. Jas „maitina“ į jas krentanti materija – dujos ir dulkės. Krintanti materija įgauna didelę energiją netoli horizonto. Įkaitusių, spirale krentančių dujų spinduliavimas yra vieni ryškiausių Visatos objektų. Mokslininkai gali modeliuoti procesus iki tam tikro lygio, tačiau nėra aišku, kaip materija sukrenta į juodąją skylę. Didelį vaidmenį gali turėti krentančių įelektrintų dalelių magnetiniai laukai. Mažai žinoma apie juos ir kokį poveikį jie daro.

Kitas astrofizikus jaudinantis reiškinys yra juodųjų skylių čiurkšlės – kai kartais išsviedžiama materija beveik šviesos greičiu. Jos nulekia toliau nei per galaktiką. Nežinoma, kas pagreitina tas čiurkšles ir netgi iš ko jos sudarytos (elektronų, protonų ar pozitronų, o gal jos yra elektromagnetiniai laukai).

Padėtų vizualiniai stebėjimai, tačiau jie yra sunkiai pasiekiami. Pirma, juodosios skylės yra nepaprastai mažos apimties objektai. Atrodo, kad jos yra dviejų atmainų: masyvių (per 15 Saulių masių) žvaigždžių liekanos ir supermasyvios juodosios skylės, esančios galaktikų centruose. Pirmųjų horizontas turėtų būti vos apie 90 km, o netgi milijardo saulių masės monstro horizontas sutilptų į Neptūno orbitą.

Antra, greta tokio mažo tūrio ir tokių masyvių juodųjų žvaigždžių judėjimas vyksta nepaprastai dideliais greičiais – visas procesas tetrunka iki milisekundžių. Reikia nepaprastai jautrių instrumentų, kad būtų galima juos stebėti. Ir galiausiai, tik nedaugelyje juodųjų skylių yra gausu greta esančių dujų, leidžiančių jas pastebėti – taigi, didžioji Paukščio tako juodųjų skylių vis dar nenustatytos.

Tad astronomams teko sukurti įvairias technikas, kurios leistų suteikti informacijos apie informacijos elgesį greta juodųjų skylių. Pvz., jie gali pasverti juodąsias skyles stebėdami netoliese esančias žvaigždes. Tolimose galaktikose atskirų žvaigždžių įžiūrėti negalima, tačiau jų šviesos spektras gali nurodyti jų greičių pasiskirstymą, kuris leidžia spėti apie juodosios skylės masę (Sagittarius A* yra pakankamai arti, kad galima būtų stebėti atskiras žvaigždes, tad jos masę galima nuspėti tiksliausia).

Taip pat astronomai ieško reliatyvistinių požymių, kai spinduliavimas prie juodosios skylės kinta laike. Pvz, rentgeno spinduliavimas prie kai kurių juodųjų skylių kinta beveik periodiškai. Vaisingiausias supermasyvioms juodosioms skylėms galėtų būti geležies atomų spinduliavimas aplinkiniame diske, kai pasislenka būdingi bangų ilgiai. Pats diskas sukasi greičiau už juodąją skylę (dėl reliatyvistinio erdvės iškreipimo efekto) ir emisija turėtų būti asimetriška.

Informacija apie juodųjų skylių sukimąsi gaunama iš dvinarių sistemų, kuriose juodoji skylė ir paprasta žvaigždė sukasi pakankamai arti viena kitos. Rentgeno spinduliavimas ir orbitų parametrai rodo, kad juodosios skylės sukasi 65-100% leistinu greičiu (pagal reliatyvumo teoriją).

Be to, susidurdamos juodosios skylės sukrečia aplinkinį erdvėlaikį, sukeldami gravitacines bangas, kurios sklinda tarsi ratilai vandens paviršiumi. Jas galima aptikti dideliais atstumais, nors ir reikia ypač tikslių instrumentų.

Tačiau vis tik nė viena šių technikų neduoda juodosios skylės horizonto vaizdo. Tačiau nauji technologijos pasiekimai tą galimybę priartina. Pirmiausia, tai būtų mūsiškė Sagittarius A*, esanti tik 24 tūkst. šviesmečių atstumu.

Tamsus juodosios skylės siluetas yra daugiau nei dukart didesnis, nes šviesos spinduliai išlinksta nuo jos gravitacijos. Tačiau netgi tada Sagittarius A* tėra vos 55 lanko mikrosekundžių pločio- tarsi aguonos grūdelis Vilniuje žiūrint iš Paryžiaus.

Šiuolaikinių teleskopų skiriamąją galią riboja difrakcija, optinis efektas, kai šviesa praeina pro riboto pločio tarpą. Pvz., Sagittarius A* pamatymui infraraudonųjų spindulių, kurie sugeba prasibrauti pro objektą supančias dulkes, srityje reiktų 7 km skersmens teleskopo. Trumpesnėms bangoms (matomo ar ultravioletinio spektrų) dydis būtų mažesnis, tačiau ne tiek, kad būtų praktinis. Tuo tarpu radijo teleskopai turėtų būti maždaug Žemės dydžio.

VLBI technika apjungia radijo teleskopų masyvo visoje Žemėje priimtus signalus ir užtikrina tokį kampinę skiriamąją galią, tarsi radijo lėkštė būtų Žemės dydžio. Daugiau kaip dešimtmetį veikia du tokie radijo teleskopų masyvai: VLBA, kurio lėkštės JAV siekia Havajus ir New Hampshire bei Europos EVN, kurio lėkštės yra Kinijoje, Pietų Afrikoje ir Puerto Rike, neskaičiuojant Europos. Gerokai mažesnį masyvą New Mexico matėme tokiuose filmuose kaip „Kontaktas“ ir „2010”.

Deja, tie masyvai veikia tik maždaug 3,5 mm iigio bangomis, leidžiant nustatyti tik iki 100 mikrosekundžių skiriamąją galią. To nepakanka Sagittarius A* horizonto pamatymui, be to, tarpžvaigždinės dujos suteršia vaizdą. Išeitis tebūtų trumpesnių bangų interferometro įrengimas.

M87 galaxy Tačiau trumpesnės bangos turi kitą problemą – jas absorbuoja atmosferoje esantys vandens garai. Todėl milimetro ir trumpesnėms bangoms skirti teleskopai statomi aukščiausiose, sausiausiose vietose, pvz., Mauna Kea Havajuose, Atacama dykumoje Čilėje ar Antarktidoje. Viską sudėjus, yra du naudingi langai: 1,3 mm ir 0,87 mm. Žemės dydžio masyvas leistų nustatyti 26 ir 17 mikrosekundes užimančius objektus – pakankamai, kad būtų „užčiuopta“ Sagittarius A*. Tereiktų sujungti dabar esančius (ir kitam tikslui numatytus) radijo teleskopus. Tai 2008-ais padarė Sh. S. Doeleman‘o vadovaujama komanda, tyrusi Sagittarius A* 1,3 mm radijo bangų diapazone su vos trijų radijo teleskopų masyvu. To neužteko Sagittarius A* vaizdo gavimui, tačiau buvo nustatyta, kad ji turi nepaprastai ryškias sritis tik 37 mikrosekunčių srityse, t.y. 2/3 jos horizonto dydžio.

Tačiau iš esmės skiriasi aplinka aplink Sagittarius A* ir įprastinius objektus. Abiem atvejams krentanti medžiaga įgauna didelę energiją. Kai nėra horizonto, toji energija virsta šiluma ir yra išspinduliuojama pateikdama būdingą terminį spektrą, matomą išorėje. Tuo tarpu, juodųjų skylių atveju, kad ir kokia būtų krentančios materijos energija, ji išoriniam stebėtojui dingsta visiems laikams.

Galime panaudoti bendrą šviesumą, kad spėtume apie materijos, krentančios į Sagittarius A*, kiekį. Jei ji neturi horizonto (taigi, ir nėra juodoji skylė), perteklinė energija būtų išspinduliuota (daugiausia IR diapazone). Kokie kruopšti buvo astronomų stebėjimai, neaptikta jokios terminės Sagittarius A* skleidžiamos emisijos.

Kitas tinkamas tyrinėjimų objektas būtų M87 centre esanti, kaip spėjama, juodoji skylė, esanti 55 mln. šviesmečių atstumu ir turinti 6,5 mlrd. saulių masę, - tad jos kampinis dydis tik 3/4 nei Sagittarius A*. Ji netgi įdomesnė, nes iš jos nutįsta 5 tūkst. šviesmečių ilgio čiurkšlė. Be to, M87 yra šiaurės pusrutulyje, todėl ją lengviau stebėti turima VLBI įranga. Be to, jau esant gerokai masyvesnei, procesai gali trukti kelias dienas vietoje minučių. Taip pat tikimasi, kad ją užstos mažiau tarpžvaigždinių dujų.

Dangaus kiaurymės

Yra pasaka apie pupą, kuri augo, augo ir užaugo iki dangaus. Imkim ir palipkim tąja pupa, nes sako, kad danguje yra kažkokių juodųjų „kiaurymių“, kuriose erdvė ir laikas įgauna neįprastas, tiesiog egzotines savybes.

Štai erdvėlaivis priartėjo prie jos, ir ji jį prarijo – pilna tokių siužetų mokslinėje fantastikoje. O ką smegdama regėtų to erdvėlaivio įgula? Juk tankis ir erdvės kreivumas smarkiai didėtų. Bet anot vienos hipotezės, vienu momentu spūdis turi liautis ir medžiaga vėl ima plėstis, tarsi kokia suspausta kempinė. Tada mūsų įsivaizduojamas laivas, kirtęs kritinę ribą, vėl išnirs į lauko erdvę – tačiau tai bus jau kita Greta juodosios skylės erdvė, esanti „absoliučioje ateityje“. Ir kiek begyventume mūsų erdvėje, į tą kitą niekada nepateksime. Tik per juodąją kiaurymę... O ir kelio atgal iš ten nėra. Taigi, juodoji kiaurymė tarsi koks tarpinis labirintas, mūsų Visatos erdvę jungiantis su kažkokia gretima erdve, kuri neegzistavo iki juodosios kiaurymės susidarymo.

O medžiaga, įtraukiama į juodąją kiaurymę, išmetama toje gretimoje erdvėje – ir ten susidaro kita, „baltoji“ kiaurymė. Argi ne graži pasaka? Bet tai ne pasaka, o mokslinė hipotezė, kol kas nei įrodyta, nei paneigta. O jei būtų įrodyta, daug kas praskaidrėtų apie tai, kas vyksta galaktikų branduoliuose ir kvazaruose.

Pagal reliatyvistinę astrofiziką juodosios kiaurymės susidaro paskutiniame milžiniško dydžio žvaigždžių gyvavimo etape. Tada jų kosmose turėtų būti nepaprastai daug, o ateityje dar pagausėti. Tiesiog žingsnio negalėsi žengti į ją neprasmegdamas!

Bet iš hipotezių grįžkime į realųjį pasaulį – kas jame? Štai 1974 m. Gulbės žvaigždyne aptiko objektą, dvinarę žvaigždę, lyg ir atitinkančią visus „kiaurymės“ reikalavimus. Tai Gulbės X-I. Jos šviečiančios dalies masė 28 k. didesnė už Saulės, o juodosios „saulės“ – 10 k. Iš ten sklinda intensyvus rentgeno spinduliavimas...

O dėl juodųjų kiaurymių kyla įvairių paradoksų. Pagal bendrąją reliatyvumo teoriją laikas stipriame gravitaciniame laike lėtėja. Todėl norint iš išorės pastebėti juodosios kiaurymės susidarymą, turi praeiti labai daug laiko. O tai reiškia, kad visgi jos susidarė laiko momentu T=0, nes Žemės stebėtojo požiūriu neegzistuoja jokia juodoji kiaurymė. Mat kai kokios nors gigantiškos žvaigždės gyvenimas ir baigėsi gravitaciniu kolapsu, tai kiek tą procesą bestebėtumėm, „pilnavertės“ juodosios kiaurymės susidarymo vis vien nesulauktume...

S. Hokingas pasiūlė naują teoriją apie „juodąsias skyles“. Jis pasiūlė įvykių horizontą pakeisti „regimu įvykių horizontu“, kuris geba sulaikyti materiją ir energiją tik laikinai, o ne visiems laikams. Iš esmės tai reiškia, kad nėra ir pačių „juodųjų skylių“ – bent jau ta erdvės sričių, kurių negali palikti šviesa, prasme. T.y. laikui bėgant regimas horizontas gali išnykti ir visa, kas sukritę į juodąją skylę, bus išsviesta laukan.
Pakvietimas
... pakvietė juodoji skylė...

Ties įvykių horizonto riba randasi neapibrėžta sritis, tam tikras regimas arba menamas horizontas. Pagal bendrąją reliatyvumo teoriją iš juodosios skylės sklindantys šviesos spinduliai ima lėtėti ir įstringa ties įvykių horizontu, ties kuriuo gravitacija tokia stipri, kad įstengia sulaikyti fotonus. Todėl regimas horizontas ir įvykių horizontas neatsiskiria. Ir S. Hokingas teigia, kad galima atskirti tuos du horizontus – pvz., jei juodoji skylė sugers didelį kiekį materijos, jos įvykių horizontas gali išsiplėsti už regimo horizonto. Iš kitos pusės, juodosios skylės gali pamažu mažėti, skleisdamos vadinamąjį Hokingo spinduliavimą. Tada, teoriškai, įvykių horizontas tampa mažesnis už regimą horizontą.

Vis tik naujoji teorija iškelia naujus klausimus. Pirmiausia, „juodoji skylė“ gali „išleisti“ materiją ir energiją, nors ir iškreiptu pavidalu. Tad regimo horizonto sumažėjimui iki tam tikros mažos reikšmės, kur kvantinės mechanikos ir gravitacijos poveikiai susilieja, juodoji skylė gali išnykti. Tuo momentu sukaupta materija ir energija išsilaisvins, nor ir ne ta forma, kokia buvo įtraukta.

Taip pat suabejojama singuliarumu juodosios skylės centre. Materija juodojoje skylėje tėra „laikinai saugoma“ regimame horizonte: ji gravitacijos veikiama lėtai slinks gilyn, tačiau niekada netaps suspausta į begalinio tankio singuliarumą. Tuo pačiu išsilaiko įvykio horizonto principas: net jei informacija apie juodosios skylės ištrūks per Hokingo spinduliavimą, ji bus visai kitokio pavidalo, - ir tų objektų išvaizdos nebus galima atstatyti.

[ Pastaba: Hokingui idėją 1973 m. „pakišo“ rusų fizikai J. Zeldovičius ir A. Starobinskis, įtikinę britą, kad besisukančios juodosios skylės gali skleisti elektromagnetines bangas bei el. daleles. ]

Apie tai išsamiau skaitykite Juodųjų skylių paradoksai

Paslaptingieji kvazarai

Kvazarai (angl. quasar) yra vieni ryškiausių (ir paslaptingiausių) dangaus objektų, kurių spinduliavimų galia dažnai viršija visos galaktikos žvaigždžių spinduliavimą. Jie kartais vadinami „Visatos švyturiais“, nes matomi iš toli, pagal juos tiria Visatos struktūrą ir evoliuciją, nustato materijos pasiskirstymą kelyje link jų (pagal vandenilio sugėrimo linijų poslinkius). Laikoma, kad jie yra galingi ir tolimi aktyvūs galaktikų branduoliai. Jie buvo išsiskiria kaip objektai su dideliu raudonuoju poslinkiu ir labai mažu kampiniu dydžiu, tad ilgą laiką nebuvo atskiriami nuo „taškinių šaltinių“ (žvaigždžių).

Pirmieji kvazarai buvo aptikti pagal spinduliavimą radijo diapazone. Pirmasis atrastas (1962 m. pagal K. Hazardo ir Dž. Boltono matavimus M. Šmidtas vizualiai jį identifikavo) ir kartu artimiausias mums kvazaras yra 3C 273 (už 2 mlrd. švm.). Žvaigždės nėra stiprūs radijo šaltiniai. Todėl astronomai gerokai nustebo, kai kosminis radijo šaltinis buvo sutapatintas su silpna žvaigždele (1963 m. A. Sandage ir Th.A. Matthews paskelbė, kad radijo šaltinis 3C 48 sutapatinkas su neryškia žydra žvaigžde). Atsargumo dėlei jis buvo pavadintas kvazižvaigžde (panašiu į žvaigždę) – kvazaru. Užregistravus jo spektrą, stebėtų linijų nepavyko priskirti nė vieno žinomo elemento linijoms. O netrukus buvo atrastas ir kitas panašus keistas objektas. Vėliau M. Šmidtas nustatė, kad nežinomos linijos pasirodė esą vandenilio linijos, tik smarkiai pastumtos link spektro ilgųjų bangų. Vadinasi, jeigu tą poslinkį lemia didelis kvazarų greitis mūsų atžvilgiu dėl Visatos plėtimosi ir jiems galioja Hablo dėsnis, tai kvazarai turi būti nepaprastai toli – už kelių milijardų šviesmečių. Tokiu atveju jie yra patys galingiausi spinduliuotojai Visatoje. Jų atrasta jau apie 20 tūkst. ir dalis jų yra ties pačia besiplečiančios Visatos riba.

Tik gerokai vėliau nustatyta, kad radijo diapazone aktyvūs tik apie 10 % visų kvazarų, o likusi dalis – „tylieji“ kvazarai. Radijo kvazarui būdingos dvi „ausys“, kurias sudaro į šalis trykštančios plazmos čiurkšlės, išsiskleidžiančios į didžiulius plazmos debesis.

Pagal vieną iš teorijų, laikoma, kad tai galaktikos pradinėje stadijoje, kai supermasyvi „juodoji skylė“ rija aplinkinę medžiagą. Dabar manoma, kad spinduliavimo šaltiniu yra galaktikos centre esančios supermasyvios juodosios skylės akrecinis diskas. Tai, kad kvasarų spinduliavimas chaotiškai kito (kartais keliskart per mėnesį), rodo, kad jų apimtis yra labai maža – įprastinės žvaigždės dydžio. Todėl buvo kuriamos įvairios teorijos, bandančios „priartinti“ kvazarus ir kitaip paaiškinti neįtikėtino dydžio jų spinduliavimą. Tačiau jos neatlaikė kritikos.

Taip pat skaitykite Kvazarai, juodosios skylės ir tamsioji materija

Parengė Cpt.Astera's Advisor

Papildomai skaitykite:
Erdvės formos
Antigravitacija
Kas tas laikas?
Didysis sprogimas
Nepastovios konstantos
Apnuoginti singuliarumai
Juodųjų skylių paradoksai
Paralaksas: matavimai kosmose
Laiko matavimo kronika
Pasikėsinimas į multivisatas
Pulsarai ir dvinarės žvaigždės
Išsiderinusi kosmoso muzika
Kai susiduria galaktikos...
Hadronų koliderio kūrėjas
Kaip sukurti laiko mašiną?
Didysis sprogimas ar Atšokimas
El. dalelių simetrija persmelkia viską
Juodosios skylės ne tokios jau ir juodos
Naujos galimybės žvaigždėlaivio pavarai
Kvantinė mechanika: Triumfas ar mokslo ribotumas?
Savaime besiorganizuojantis kvantinis pasaulis
Nepaprastai masyvios ir ryškios
Nepaprastai suderinta Visatos sandara
Tamsioji materija ir energija
Išilginės bangos ir kelionės laike
Higso bosonas: labai prasta balerina
Įvairiapusis Ričardas Feinmanas
Tėkmė: kas atvedė prie LHC?
Nepaprasti Visatos skaičiai
Vieta, kur gimsta žvaigždės
Stabilios būsenos teorija
Egzotiškosios hipersferos
Torsioniniai laukai
Antigravitacijos paieškos
Jie buvo pirmeiviais...
Matematikos skiltis
Lygiagrečios visatos
Holografinė visata
Sprogimai Visatoje
Visatos modeliai
Erdvės ratilai

NSO apsireiškimai ir neįprasti fenomenai Lietuvos danguje ir po juo

Maloniai pasitiksime žinias apie bet kokius Jūsų pastebėtus sunkiai paaiškinamus reiškinius. Juos prašome siųsti el.paštu: san-taka@lithuanian.net arba pateikti šiame puslapyje.

san-taka station

UFO sightings and other phenomenas in/under Lithuanian sky. Please inform us about everything you noticed and find unexplainable in the night sky or even during your night dreams, or in the other fields of life.

Review of our site in English

NSO.LT skiltis
Vartiklis