|
Juodųjų skylių portretas
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.
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.
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.
Ypatingai stiprūs kosminiai spinduliai
Jau keliolika metų Japonijos mokslininkai stebi kosminius spindulius, kurie neturėtų egzistuoti.
Kosminiai spinduliai tai dalelės, dažniausiai protonai, erdvę skrodžiančiais artimu šviesai greičiu. Jie
atkeliauja iš supernovų
ir kitų kosminių kataklizmų, tačiau vis dar neaiški energingiausiųjų kilmė.
Kosmoso spinduliai netenka dalies energijos po susidūrimų su nedidelės energijos fotonais, pvz., tais,
iš kurių sudarytas kosmoso mikrobanginis fono spinduliavimas. Pagal Greiceno-Zacepino-Kuzmino
nustatytą ribą, iš kitos galaktikos atkeliavusios dalelės energija negali viršyti 5 10 19
elektronvoltų. Tačiau Tokijo un-to Akeno gaudyklė (sudaryta iš 111 daviklių 100 km2 plote)
pagavo keletą kosmoso spindulių, viršijančių tą ribą. Tad jie turėtų būti tik iš mūsų galaktikos, tačiau joje
nėra galimo jų šaltinio.
Ar tai Akeno gaudyklės klaida, ar neteisinga A.Einšteino specialioji reliatyvumo teorija? Pagal ją, erdvė
visomis kryptimis vienoda. O kas, jei kuri nors viena kryptis kosminiams spinduliams palankesnė? Atlikdami
Pierre Augerio eksperimentą, Argentinoje prie Mendozos mokslininkai išdėliojo 1600 daviklių 3000
km2 plote. Alanas Watsonas
Papildomai:
Parengė
Cpt.Astera's Advisor Papildomai skaitykite:
|
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. Doelemano 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.
