|
Global Lithuanian Net: san-taka station: |
|
Juodųjų skylių portretas
Taip pat skaitykite Juodųjų skylių paradoksai 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.
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
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.
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. ]
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:
|
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.
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.
