19 აპრილი 2019 - 13:32

რა ფერია სინამდვილეში შავი ხვრელი და აქვს თუ არა ფსკერი? თემა

შავი ხვრელი

შავი ხვრელის პირველი გამოსახულება

ფოტო: Event Horizon Telescope Collaboration

რამდენიმე დღის წინ ინტერნეტში შავი ხვრელის პირველი ფოტო გავრცელდა. ამ პროექტზე 200 მეცნიერისგან შემდგარი საერთაშორისო ჯგუფი, „მოვლენათა ჰორიზონტის ტელესკოპი“ მუშაობდა. დაისვა ბევრი კითხვა, პასუხებიც მეტ-ნაკლებად გაიცა, თუმცა არის საკითხები, რომლებსაც მეცნიერული ახსნა სჭირდება.

რა არის შავი ხვრელი? რა არის მოვლენების ჰორიზონტი?

შავი ხვრელები სამყაროში არსებული მეტ-ნაკლებად კომპაქტური და ყველაზე მარტივი ობიექტებია. ისინი ხასიათდება მხოლოდ ორი პარამეტრით - მასითა და წრიული მოძრაობის სიჩქარით. ასტროფიზიკური თვალსაზრისით, შავი ხვრელი არის ევოლუციური ვარსკვლავის უკანასკნელი სტადია. მაგალითისთვის, მძიმე ვარსკვლავი ევოლუციას გადის, ფეთქდება და მისი ცენტრი შავ ხვრელში იკუმშება.

შავი ხვრელის მოვლენების ჰორიზონტი კი არის მისი პირობითი ზედაპირი, ეს არ არის ფიზიკური გარეკანი, ეს მხოლოდ ერთგვარი დაშორებაა ცენტრიდან. ეს სწორედ ის ადგილია, სადაც ობიექტი ან სინათლე თუ მოხვდა, უკან ვეღარ ბრუნდება, რადგან აქ იწყება ძალიან ძლიერი გრავიტაცია, რომელიც მასში მოხვედრილ ობიექტებს უკან არ უშვებს. ამის ახსნა მათემატიკურადაც შეიძლება: მოვლენების ჰორიზონტიდან გამოსვლა ნიშნავს საწინააღმდეგო მოძრაობას დროში, რაც ფიზიკის თვალსაზრისით შეუძლებელია.

ეს ხვრელი სინამდვილეში შავია?

არა. შავი ხვრელის ერთ-ერთი პირველი სახლეწოდებაა კოლაფსარი. თავად სახელწოდება „შავი ხვრელი“ კი მე-20 საუკუნეში ჟურნალისტებმა მოიფიქრეს. შემდეგ ეს ტერმინი აიტაცა იმ დროის ერთ-ერთმა ყველაზე ცნობილმა სწავლულმა, ამერიკელმა ფიზიკოს-თეორეტიკოსმა ჯონ უილერმა.

რატომ მაინცდამაინც შავი? ეს არის ობიექტი, რომლისგანაც სინათლე არ გამოდის. თუმცა ეს ბოლომდე სიმართლე არ არის: შავ ხვრელს ეგრეთ წოდებული ჰოკინგის რადიაციის დაფიქსირება შეუძლია, მაგრამ კლასიკური გაგებით, თუ მასში სინათლე მოხვდა, უკან არაფერი ბრუნდება და სწორედ ამიტომ უწოდებენ მას „შავ ხვრელს“. მისი დანახვა შეუძლებელია. ჩვენ შეგვიძლია შავ ხვრელს მხოლოდ მაშინ დავაკვირდეთ, როდესაც მის ირგვლივ რამე მატერიაა: გაზი ან მეზობელი ვარსკვლავი. გრავიტაციული ტალღების წყალობით თქვენ შეგიძლიათ ორი ერთმანეთში შერწყმული შავი ხვრელი დაინახოთ. მეცნიერთა განმარტებით, ფაქტობრივად, შავ ხვრელს ფერი არ აქვს. ეს არის პირობითი სახელწოდება, რომელიც აღნიშნავს იმას, რომ ყველაფერი, რაც მასში მოხვდება, უკან ვეღარ ბრუნდება.

საიდან ჩნდება შავი ხვრელი?

დიდი მასის მქონე შავი ხვრელები, შესაძლოა, ადრეულ პერიოდში გაჩნდნენ. ისინი ყალიბდებიან ვარსკვლავის შეკუმშვის შედეგად, რომელიც სიცოცხლის ბოლოს ფეთქდება, ხოლო ის, რაც რჩება ცენტრში, შავი ხვრელის ზომამდე  იკუმშება (კოლაფსირდება). ასეთი შავი ხვრელების მასა შეზღუდულია. ისინი 5 მზის მასაზე მეტია, მაგრამ - 50-60 მზის მასაზე ნაკლები. შავი ხვრელი, შესაძლოა, ძალიან მასიურიც იყოს (მილიონ მზის მასაზე მეტი). შავი ხვრელის ზომა მასის პირდაპირპროპორციულია.

სწორედ მასიური შავი ხვრელის მაგალითი აჩვენეს მეცნიერებმა 10 აპრილს „მოვლენების ჰორიზონტის ტელესკოპის“ მეშვეობით. ჩვენი გალაქტიკის ცენტრშიც არის მსგავსი შავი ხვრელი, რომელიც 4 მილიონ მზის მასას შეადგენს. შავი ხვრელი ყალიბდება ან გიგანტური გაზის ღრუბლისგან, რომელიც შეიკუმშა და შავი ხვრელი ჩამოაყალიბა, ან ეს იყო მძიმე ვარსკვლავების პირველი თაობა, რომლისგანაც პირველი შავი ხვრელი დარჩა. გალაქტიკის ცენტრში შავი ხვრელების მასის ზრდის ძირითადი მექანიზმია გარესამყაროდან გაზის შთანთქმა. რაც უფრო მეტს „ისვრი“ შავ ხვრელში, ის მით უფრო იზრდება. უფრო მეტიც, თუ შავ ხვრელისკენ გაზს ან გარკვეულ ნაწილაკებს ერთი მიმართულებით „ისვრით“, ის კიდევ უფრო ფართოვდება.

რა ფორმა აქვს შავ ხვრელს? მას ფსკერი აქვს?

შავი ხვრელი შეიძლება იყოს 2 ფორმის: თუ ის თითქმის არ ტრიალებს, არის სფერული, თუ სწრაფად ბრუნავს - სფეროიდული. როგორც წესი, ყველა შავი ხვრელი ბრუნავს, ზოგი - მეტად, ზოგი - ნაკლებად. მას ფსკერი არ აქვს. ჩვენ ბოლომდე მაინც ვერ  ვიგებთ კონკრეტულად რა ხდება ცენტრში, სადაც ფიზიკის კანონები აღარ მოქმედებს. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის მიხედვით, შავი ხვრელის შუაგულში არსებული მრუდის სივრცე უსასრულოა, ამიტომაც გრავიტაციის კვანტური თეორიის შექმნის მცდელობით მეცნიერები ცდილობენ, პასუხი გასცენ კითხვას, რა შეიძლება იყოს შავი ხვრელის ცენტრში. ჯერჯერობით პასუხი უმარტივესია - ეს არის უსასრულობა. თუმცა, მეორე მხრივ, ბუნებაში უსასრულო არაფერია. ეს იმას ნიშნავს, რომ ამ მიმართულებით მკვლევართა მოსაზრებები სრულყოფილი არ არის.

რატომ იკვლევენ შავ ხვრელებს?

სამყაროს შესახებ დასმული კითხვების უმრავლესობა შავი ხვრელის თეორიას ეფუძნება. ამიტომაც მეცნიერებისთვის მნიშვნელოვანია, ცდით გაამყარონ ეს შეხედულება, რათა დაამტკიცონ, რომ მათ მიერ აგებული თეორიები მართებულია და სამყაროს შეცნობა შავი ხვრელის თეორიის გამოყენებით განაგრძონ.

10 აპრილს, „მოვლენების ჰორიზონტის ტელესკოპის“ მიერ გამოცხადებული შავი ხვრელის ჩრდილის დაფიქსირება ამ მიმართულებით ძალიან მნიშვნელოვანია, რადგან ის აქამდე არსებულ თეორიებთან სრულ თანხვედრაშია.

მეცნიერთა განმარტებით, შემდეგი ნაბიჯი შავ ხვრელში ძლიერი გრავიტაციული ველის არსებობაზე დაყრდნობით აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის განახლებაა. ამისათვის გალაქტიკის ცენტრი M87, სადაც პირველი გამოსახულება მიიღეს, არც თუ ისე შესაფერისია: საჭიროა გაზომვის გაცილებით მაღალი სიზუსტე. შავი ხვრელის მასის მაღალი სიზუსტით დადგენა კი მეცნიერებმა მხოლოდ ჩვენი გალაქტიკის ცენტრში მოახერხეს. ამ ობიექტს სპეციალისტები მშვილდოსან A-ს უწოდებენ. „მოვლენების ჰორიზონტის ტელესკოპის“ წარმომადგენლებს ჩვენი გალაქტიკის ცენტრზე არაფერი უთქვამთ.

საქმე ის არის, რომ მშვილდოსანი A ობიექტური ფიზიკური მიზეზების გამო ჩვენდამი არც თუ ისე მეგობრულად არის განწყობილი. მას მოქმედების საკმაოდ მცირე ჰორიზონტი აქვს. შესაბამისად, აფეთქების პროცესები ძალიან სწრაფად მიმდინარეობს, დაახლოებით 1 საათის ინტერვალში. „მოვლენების ჰორიზონტის ტელესკოპისთვის“ კი რთულია მთლიანი სურათის აღდგენა, რადგან ჩვენი გალაქტიკის შავი ხვრელი ძალიან სწრაფად იცვლება. ეს შეიძლება შევადაროთ მშობელს, რომელიც ცდილობს, თავის ციბრუტივით მბრუნავ პატარას ფოტო გადაუღოს. ამ შემთხვევაში ხომ გამოსახულება არ არის მკაფიო. მეცნიერები ბევრს საუბრობენ იმაზე, რომ მათ უნდა ისწავლონ ჩვენი გალაქტიკის ცენტრში გამოსახულების სწრაფ დროში აღდგენა, თუმცა ჯერჯერობით ამის ინსტრუმენტი არ არსებობს.

რამდენი შავი ხვრელია აღმოჩენილი?

ცალკეული ობიექტები, რომლებსაც შავი ხვრელების მახასიათებლები აქვთ (იზიდავენ გაზსა და სხვადასხვა მატერიას), ძალიან ბევრია. რაც შეეხება ორმაგ შავ ხვრელებს, თუ LIGO-სა და VIRGO-ს კატალოგებს დავუჯერებთ, ისინი მხოლოდ 10 წყვილია.

შავი ხვრელები გზად ყველაფერს შთანთქავენ?

არა. შავ ხვრელში თუ ობიექტებს ჩავაგდებთ, მასა გაიზრდება, მაგრამ მასში მოხვედრა ზოგადად ძალიან რთულია. ამასთან შავი ხვრელი კვლავ ძალიან პატარა დარჩება. ვარსკვლავებსა და გაზს, რომელიც შავი ხვრელის ირგვლივ ბრუნავენ, არაფერი ემუქრებათ. იმისთვის რომ მან გშთანთქოს მასთან ძალიან ახლოს ყოფნაა საჭირო.

რა ხდება შავ ხვრელში მოხვედრისას?

შავ ხვრელში მოხვედრისას, ერთი მხრივ, მიმდინარეობს გაბრტყელების, მეორე მხრივ კი - გაწელვის პროცესი. ამ კითხვაზე პასუხის გასაცემად მეცნიერები ცნობილ დავალებას იშველიებენ: რა შეიძლება დაემართოს კოსმონავტს, რომელიც შავ ხვრელში ჩავარდება - ჯერ თავი მოსძვრება და მერე გაბრტყელდება, თუ პირიქით? სწორი პასუხია - კოსმონავტი პირველ რიგში თავს დაკარგავს. მოვლენების ჰორიზონტის გავლისას სივრცე მრუდდება და სწრაფად იზრდება მანამ, სანამ კოსმონავტი საერთოდ არ გაქრება.

შეიძლება თუ არა ორი შავი ხვრელი ერთმანეთს დაეჯახოს? რა ხდება ამ დროს?

ორი შავი ხვრელის დაჯახება რთულია. ამისათვის ისინი ერთმანეთთან ძალიან ახლოს უნდა იყვნენ. ერთ-ერთი ასეთი გზა - ორმაგი ვარსკვლავებია, რომელთაგან ორივე „დაბერების“ შედეგად შავ ხვრელებად გადაიქცევა, მაშინ ისინი თავიდანვე ძალიან ახლოს იქნებიან ერთმანეთთან.

იმას, რომ ორი მასიური შავი ხვრელი ერთმანეთთან ახლოს აღმოჩნდეს, მილიარდობით წელია საჭირო. მაგრამ თუ ეს მაინც მოხდება გრავიტაციული რადიაციის შედეგად, რამდენიმე ათწლეულის შემდეგ, ისინი ერთმანეთს შეერწყმებიან. ამ პროცესის შედეგად კი ისევ დიდი მასისა და მოცულობის ერთი შავი ხვრელი წარმოიქმნება.

სხვა თემები