10 კითხვა შავ ხვრელებზე

Black Hole
მზეზე მილიონჯერ ან მილიარდჯერ უფრო მასიური შავი ხვრელი მხატვრის წარმოსახვით. ზემასიური შავი ხვრელები გალაქტიკების ბირთვებში ჩაფლული უკიდურესად მკვრივი ობიექტები არიან.

შავი ხვრელი უკიდურესად მკვრივი კოსმოსური ობიექტია, რომლისგანაც სინათლეც კი ვერ აღწევს თავს. იდუმალი და ეგზოტიკური შავი ხვრელი გრავიტაციის ბუნების დემონსტრაციას წარმოადგენს: როცა დიდი რაოდენობით მასა იკუმშება საკმარისად მცირე ზომის სივრცეში, შედეგად წარმოქმნილი ობიექტი სივრცისა და დროის ქსოვილს აზიანებს და ე.წ. სინგულარობად გარდაიქმნება. შავი ხვრელის გრავიტაცია ისეთი ძლიერია, რომ შეუძლია ახლომდებარე მატერია თავისკენ მიიზიდოს და შთანთქას.

ქვემოთ განხილულია 10 კითხვა, რომლებიც შეიძლება გაგიჩნდეთ შავი ხვრელების შესახებ:

Galaxy NGC 1068
ამ კომბინირებულ კადრზე გამოსახულია გალაქტიკა NGC 1068 ოპტიკურ და რენტგენულ დიაპაზონებში. ნასას ბირთვული სპექტროსკოპული ტელესკოპის მასივის ანუ ნუსტარის (NuSTAR) მიერ შეკრებილი მაღალენერგიული რენტგენის სხივები (იისფერი) გაერთიანებულია ოპტიკურ გამოსახულებებთან, რომლებიც ნასას ჰაბლის კოსმოსური ტელესკოპითა და ცის სლოანისეული ციფრული დამზერის ოპტიკური ტელესკოპით გადაიღეს. რენტგენული გამოსხივება სათავეს იღებს გალაქტიკის ცენტრში მდებარე აქტიური ზემასიური შავი ხვრელიდან, რომელიც ასევე ცნობილია, როგორც კვაზარი. ჩვენს გალაქტიკასთან შედარებითი სიახლოვის გამო ეს ზემასიური შავი ხვრელი კარგად არის შესწავლილი.

1. საიდან ვიგებთ ინფორმაციას შავ ხვრელებზე, თუკი ისინი სინათლესაც ამწყვდევენ და მათი დანახვა შეუძლებელია?
შავი ხვრელის მოვლენების ჰორიზონტის შიგნით მოხვედრილი სინათლე, მათ შორის რენტგენული გამოსხივებაც, გარეთ გაღწევას ვეღარ შეძლებს. მოვლენების ჰორიზონტი ის რეგიონია, საიდანაც უკან დასაბრუნებელი გზა არ არსებობს. ნასას ტელესკოპები შავ ხვრელებს იკვლევენ მათ გარემოზე დაკვირვებით, სადაც მატერია ძალიან ახლოსაა მოვლენების ჰორიზონტთან. შავი ხვრელისკენ მიზიდვის პროცესში მატერია ხურდება მილიონობით გრადუსზე და ამ დროს რენტგენის დიაპაზონში ასხივებს. შავი ხვრელების უზარმაზარი გრავიტაცია სივრცესაც ამრუდებს, ამიტომ შესაძლებელია უხილავი მიზიდულობის ძალის გავლენის დანახვა ვარსკვლავებსა და სხვა ობიექტებზე.

CID-947
2015 წელს მკვლევარებმა აღმოაჩინეს შავი ხვრელი, სახელად CID-947, რომელიც უფრო სწრაფად იზრდებოდა, ვიდრე მისი გალაქტიკა. გალაქტიკის ცენტრში მდებარე შავი ხვრელი მზეზე დაახლოებით 7 მილიარდჯერ მეტ მასას შეიცავს, რის გამოც ერთ-ერთი ყველაზე მასიური შავი ხვრელია აღმოჩენილთა შორის. თუმცა მეცნიერების გასაკვირად გალაქტიკას ტიპიური მასა აქვს. გამომდინარე იქიდან, რომ სინათლეს  დედამიწამდე მოსაღწევად ძალიან დიდი მანძილის გავლა დაჭირდა, მეცნიერები გალაქტიკას აკვირდებიან იმ ფორმით, როცა სამყარო 2 მილიარდ წელზე ნაკლების იყო, რაც ამჟამინდელი ასაკის 14%-ია (დიდი აფეთქების შემდეგ თითქმის 14 მილიარდი წელი გავიდა).

2. რა დრო სჭირდება შავი ხვრელის წარმოქმნას?
ვარსკვლავური შავი ხვრელი, რომელსაც მზეზე რამდენიმე ათეულჯერ მეტი მასა აქვს, სავარაუდოდ წამებში წარმოიქმნება მასიური ვარსკვლავის კოლაფსის შედეგად. ეს შედარებით პატარა შავი ხვრელები შეიძლება ორი ვარსკვლავური ნარჩენის, ნეიტრონული ვარსკვლავის გაერთიანებითაც გაჩნდეს. ასევე შეიძლება, ნეიტრონული ვარსკვლავი გაერთიანდეს შავ ხვრელთან და შედეგად უფრო დიდი შავი ხვრელი ჩამოყალიბდეს, ან ორი შავი ხვრელი დაეჯახოს ერთმანეთს. ასეთი შერწყმითაც სწრაფად ყალიბდება შავი ხვრელები და წარმოიქმნება სივრცე-დროის ჭავლები, რომლებსაც გრავიტაციული ტალღები ეწოდება.

კიდევ უფრო იდუმალია გიგანტური შავი ხვრელები, რომლებსაც გალაქტიკების ცენტრში ვხვდებით — ზემასიური შავი ხვრელები. ისინი მზის მასას მილიონჯერ ან მილიარდჯერ აღემატებიან. ძალიან დიდი ზომის მიღწევას მილიარდ წელზე ნაკლები ყოფნის, თუმცა ზოგადად რა დრო სჭირდება ჩამოყალიბებას, უცნობია.

image of a black hole
აქ ნაჩვენებია შავი ხვრელის პირველი გამოსახულება, რომელიც მეცნიერებმა მიიღეს  მოვლენების ჰორიზონტის ტელესკოპის დახმარებით. კადრზე ჩანს M87 გალაქტიკის ცენტრში მდებარე შავი ხვრელი, რომელიც მზეზე 6.5 მილიარდჯერ უფრო მასიურია და თავისი ძლიერი გრავიტაციით სინათლეს ამრუდებს, რის გამოც ეს კაშკაშა რგოლი მიიღება.


3. როგორ ანგარიშობენ მეცნიერები ზემასიური შავი ხვრელის მასას?
კვლევა მოიცავს გალაქტიკების ცენტრებში მდებარე ვარსკვლავების მოძრაობაზე დაკვირვებას. მათი ტრაექტორია მიანიშნებს ბნელი, მასიური სხეულის არსებობაზე, რომლის მასის გამოთვლაც შესაძლებელია ვარსკვლავთა სიჩქარეების გათვალისწინებით. შავ ხვრელში ჩაცვენილი მატერია მის მასას ზრდის. თავად შავი ხვრელი უჩინარია, თუმცა მისი გრავიტაცია არ ქრება.

activity surrounding a black hole
ამ ანიმაციაზე შავი ხვრელის გარშემო არსებული აქტივობაა ასახული. ჩვენ ვერ დავინახავთ იმ მატერიას, რომელიც შავი ხვრელის მოვლენების ჰორიზონტში აღმოჩნდა, თუმცა ამ ბარიერს მიღმა დარჩენილი მატერია მილიონობით გრადუსზე ხურდება და რენტგენის სპექტრში ასხივებს. 


4. შესაძლებელია, შავმა ხვრელმა მთელი გალაქტიკა შთანთქას?
არა. გამორიცხულია, შავმა ხვრელმა გალაქტიკა მთლიანად შეისრუტოს. გალაქტიკის ცენტრში მოქცეული ზემასიური შავი ხვრელების გრავიტაციული გავლენა დიდია, მაგრამ არც იმდენად ძლიერი, რომ ასეთი რამ მოხდეს.

stream of material from a star
ამ ილუსტრაციაზე ჩანს ვარსკვლავიდან ამოფრქვეული მატერიის კაშკაშა ნაკადი, როცა ამ ვარსკვლავს შავი ხვრელი შთანთქავს. შავ ხვრელს გარს არტყია მტვრის რგოლი. როცა ვარსკვლავი საკმარისად ახლოს ჩაუვლის შავ ხვრელს, ვარსკვლავური ნივთიერებები იწელება და იკუმშება ძლიერი მიზიდულობის გამო, რა დროსაც უზარმაზარ ენერგიას გამოყოფს. 


5. რა მოხდება, თუკი შავ ხვრელში ჩავარდებით?
ცხადია, სასიამოვნო არ იქნება! თუმცა რაც შავი ხვრელის შიდა სივრცეზე ვიცით, აინშტაინის ფარდობითობის ზოგად თეორიაზე დაყრდნობითაა ცნობილი.

შორეული დამკვირვებელი მხოლოდ მოვლენების ჰორიზონტის გარეთ მდებარე რეგიონებს დაინახავს, მაგრამ დამკვირვებელი, რომელიც შავ ხვრელში ვარდება, სრულიად სხვაგვარ „რეალობას“ გამოცდის. მოვლენების ჰორიზონტში თუ მოხვდით, სივრცისა და დროის თქვენეული აღქმა რადიკალურად შეიცვლება. იმავდროულად შავი ხვრელის უზარმაზარი გრავიტაცია ჰორიზონტალურად შეგკუმშავთ და ვერტიკალურად გაგწელავთ ატრიასავით, რის გამოც მეცნიერები ამ მოვლენას „სპაგეტიფიკაციას“ უწოდებენ.

საბედნიეროდ, ეს არავის გამოუცდია — შავი ხვრელები ძალიან შორს არიან იმისთვის, რომ მზის სისტემის მატერია ჩაითრიონ. თუმცა მეცნიერებს დაკვირვებისას უნახავთ, როგორ გლეჯს ვარსკვლავს ნაწილებად შავი ხვრელი, რა დროსაც უზარმაზარი ენერგია გამოიყოფა.

wind speeds
ნასას ჩანდრას სახელობის რენტგენულმა ობსერვატორიამ დააფიქსირა შავი ხვრელის გარშემო მდებარე დისკიდან წამოსული რეკორდული სიჩქარის ქარები. აქ მხატვრის წარმოსახვით ნაჩვენებია, თუ როგორი ძლიერია შავი ხვრელის (მარცხნივ) მიზიდულობა, რომელიც მეწყვილე ვარსკვლავიდან (მარჯვნივ) აირებს თავისკენ ითრევს. ეს აირი შავი ხვრელის გარშემო ქმნის ცხელ დისკს, რომლისგანაც ქარები 32 მილიონი კმსთ სიჩქარით ვრცელდებიან კოსმოსში. ეს სინათლის სიჩქარის დაახლოებით 3%-ია.


6. რა მოხდება, მზე რომ შავ ხვრელად იქცეს?
მზე არასდროს იქცევა შავ ხვრელად, რადგან ასაფეთქებლად საკმარისი მასა არ გააჩნია. ამის ნაცვლად მზე გარდაიქმნება მკვრივ ვარსკვლავურ ნარჩენად, რომელსაც თეთრი ჯუჯა ეწოდება.

თუმცა თუკი ჰიპოთეტურად დავუშვებთ, რომ მზე უეცრად იგივე მასის მქონე შავ ხვრელად იქცა, ეს პლანეტების ორბიტებზე გავლენას არ იქონიებს, რადგან მზის სისტემაზე მისი გრავიტაციული ზემოქმედება იგივე იქნება. ასე რომ დედამიწა ისევ მზის გარშემო იმოძრავებს მასში ჩავარდნის გარეშე, თუმცა მზის სინათლის ნაკლებობა პლანეტაზე არსებული სიცოცხლისთვის კატასტროფული შედეგების მომტანი იქნება.

central region of our galaxy
ჩვენი გალაქტიკის, ირმის ნახტომის, ცენტრალური რეგიონი მოიცავს სხვადასხვა ეგზოტიკურ ობიექტებს, მათ შორის ზემასიურ შავ ხვრელს, სახელად მშვილდოსანი A*, რომლის მასა მზისას 4 მილიონჯერ აღემატება, მილიონობით გრადუსზე გახურებული აირების ღრუბლებს, ნეიტრონულ ვარსკვლავებსა და თეთრ ჯუჯებს, რომლებიც მეწყვილე ვარსკვლავებიდან მატერიას გლეჯენ. მშვილდოსანი A*-ის გარშემო მდებარე რეგიონი ამ კომბინირებულ კადრზე ნაჩვენებია ჩანდრას მონაცემების (მწვანე და ლურჯი) გაერთიანებით სამხრეთ აფრიკაში მდებარე MeerKAT-ის ტელესკოპის რადიო მონაცემებთან (წითელი).


7. მოუხდენიათ თუ არა შავ ხვრელებს გავლენა ჩვენს პლანეტაზე?
მასიური ვარსკვლავის აფეთქების შემდეგ რჩება ვარსკვლავური შავი ხვრელი. ამ აფეთქებების შედეგად კოსმოსში იფანტება სიცოცხლის არსებობისთვის საჭირო ელემენტები, როგორიცაა ნახშირბადი, აზოტი და ჟანგბადი. ორი ნეიტრონული ვარსკვლავის, ორი შავი ხვრელის ან ნეიტრონული ვარსკვლავისა და შავი ხვრელის შერწყმა ასევე უწყობს ხელს იმ მძიმე ელემენტების გავრცელებას, რომლებიც ერთხელაც შეიძლება ახალი პლანეტის ნაწილად იქცნენ. ვარსკვლავური აფეთქებების დარტყმითმა ტალღებმა შეიძლება გამოიწვიონ ახალი ვარსკვლავებისა და მზის სისტემების წარმოშობა. ამიტომ ჩვენს არსებობას გარკვეულწილად უნდა ვუმადლოდეთ დიდი ხნის წინ მომხდარ აფეთქებებსა და შეჯახებებს, რომელთა შედეგად შავი ხვრელები ჩამოყალიბდა.

უფრო ფართო მასშტაბებზე რომ გადავიდეთ, გალაქტიკათა უმეტესობას ცენტრში ზემასიური შავი ხვრელი აქვს. ამ ზემასიური შავი ხვრელების წარმოშობასა და გალაქტიკების ჩამოყალიბებას შორის კავშირი ჯერჯერობით დაზუსტებული არ არის. შესაძლოა, შავმა ხვრელმა რაღაც როლი ითამაშა ჩვენი ირმის ნახტომის გალაქტიკის წარმოქმნაში. თუმცა ეს კვერცხისა და ქათმის პრობლემა – რომელი იყო პირველი, გალაქტიკა თუ შავი ხვრელი? – ჩვენი სამყაროს ერთ-ერთი უდიდესი გამოცანაა.

most distant supermassive black hole
ამ მხატვრისეულ წარმოსახვაზე ნაჩვენებია აღმოჩენილთა შორის ყველაზე შორეული ზემასიური შავი ხვრელი. ის იმ კვაზარის ნაწილია, რომელიც დიდი აფეთქებიდან სულ რაღაც 690 მილიონი წლის შემდეგ წარმოიქმნა. 


8. რომელია ყველაზე შორეული შავი ხვრელი, რაც ოდესმე აღმოუჩენიათ?
ყველაზე შორეული შავი ხვრელი მდებარეობს დედამიწიდან დაახლოებით 13.1 მილიარდი სინათლის წლის (მიმყოლი მანძილი – 29.3 მილიარდი სინათლის წელი) მოშორებით მდებარე გალაქტიკაში. თანამედროვე გამოთვლების თანახმად, სამყაროს ასაკი დაახლოებით 13.8 მილიარდი წელია, ამიტომ ეს იმას ნიშნავს, რომ ეს შავი ხვრელი დიდი აფეთქებიდან 690 მილიონი წლის შემდეგ წარმოიქმნა.

ეს ზემასიური შავი ხვრელი წარმოადგენს ობიექტს, რომელსაც ასტრონომები „კვაზარს“ უწოდებენ. ამ დროს შავ ხვრელში ისე სწრაფად იღვრება დიდი რაოდენობით აირები, რომ გამოსხივებული ენერგია ათასჯერ აღემატება თავად გალაქტიკისას. ამ განსაკუთრებული სიკაშკაშის შედეგია ის, რომ ასტრონომები მათ ასეთ შორეულ რეგიონებშიც კი აფიქსირებენ.

Chandra Deep Field-South
ამ გამოსახულების ცენტრალური რეგიონი აქამდე აღმოჩენილთა შორის ყველაზე მაღალი კონცენტრაციის ზემასიურ შავ ხვრელებს შეიცავს. მეცნიერები ვარაუდობენ, რომ ამ კადრში აღბეჭდილი ობიექტების 70% ზემასიური შავი ხვრელია, რაც იმას ნიშნავს, რომ მთელ ცაზე შესაძლოა დაახლოებით 1 მილიარდი ისეთი შავი ხვრელი იყოს, რომლის აღმოჩენაც ჩანდრას ტელესკოპს შეუძლია. 2017 წელს გამოქვეყნებული ეს გამოსახულება, რომლის მისაღებად გამოიყენეს ჩანდრათი განხორციელებული 7 მილიონი წამის (81 დღე) ხანგრძლივობის დაკვირვება, ჩანდრას სამხრეთის ცის ღრმა ველის ნაწილს წარმოადგენს. ადრეულ სამყაროზე რენტგენის სპექტრში უპრეცენდენტო დაკვირვებით ასტრონომებს საშუალება მიეცათ, დაკვირვებოდნენ შავი ხვრელების ზრდას დიდი აფეთქებიდან მალევე მილიარდობით წლის განმავლობაში. ამ გამოსახულებაზე ჩანდრას მიერ შეკრებილი დაბალი, საშუალო და მაღალენერგიული რენტგენის გამოსხივება ნაჩვენებია შესაბამისად წითელ, მწვანე და ლურჯ ფერებში. 


9. თუკი შავი ხვრელიდან თავს ვერაფერი აღწევს, განა მთელ სამყაროს საბოლოოდ შავი ხვრელები არ შთანთქავენ?
სამყარო დიდი ზომისაა. კერძოდ, იმ რეგიონის ზომა, სადაც შავ ხვრელს განსაკუთრებული გრავიტაციული გავლენა გააჩნია, საკმაოდ შეზღუდულია გალაქტიკის სრულ ზომასთან შედარებით. ეს ეხება ზემასიურ შავ ხვრელებსაც, რომელთაგან ერთ-ერთი ირმის ნახტომის ცენტრშია. ამ შავმა ხვრელმა ალბათ უკვე „ამოჭამა“ მის სიახლოვეს წარმოქმნილი ვარსკვლავების უმეტესობა, ხოლო მოშორებით მდებარე ვარსკვლავები მეტწილად უსაფრთხოდ არიან. ეს შავი ხვრელი უკვე რამდენიმე მილიონჯერ აღემატება მზის მასას, ამიტომ თუკი მზის მსგავს რამდენიმე ვარსკვლავს შთანთქავს, მისი მასა მხოლოდ მცირედით გაიზრდება. დედამიწას (რომელიც ირმის ნახტომის შავი ხვრელიდან 26000 სინათლის წლის მოშორებითაა) მასში ჩავარდნა არ ემუქრება.

მომავალში გალაქტიკები ერთმანეთს შეეჯახება, რაც შავი ხვრელების ზომაში ზრდას გამოიწვევს, მაგალითად ორი შავი ხვრელის გაერთიანებით. თუმცა შეჯახებები უსასრულოდ არ გაგრძელდება, რადგან სამყარო დიდი ზომისაა და ფართოვდება, ამიტომ ნაკლებად მოსალოდნელია, შავი ხვრელების უკონტროლო ზრდას ჰქონდეს ადგილი.

Image converted using ifftoany
შავი ხვრელისა და მის გარშემო წარმოქმნილი დისკის ილუსტრაციაზე ჩანს, რომ შავი ხვრელისკენ სპირალურად მიმავალი აირი მის საზღვართან გროვდება და ერთგვარ საცობს ქმნის. უფრო პატარა შავი ხვრელების შემთხვევაში ეს საცობი კიდევ უფრო შიგნითაა და რენტგენის სხივები უფრო ხანმოკლე ინტერვალებით გამოიყოფა. 


10. შეიძლება შავი ხვრელი დაპატარავდეს?
დიახ. ფიზიკოსმა სტივენ ჰოკინგმა ივარაუდა, რომ თუმცა შავი ხვრელები მატერიის შთანთქმით ზომაში იზრდებიან, ისინი ასევე პატარავდებიან, რადგან მცირე დოზებით კარგავენ ენერგიას, რასაც „ჰოკინგის გამოსხივება“ ეწოდება.

ჰოკინგის გამოსხივება ხდება იმის გამო, რომ ცარიელი სივრცე, ანუ ვაკუუმი სინამდვილეში ცარიელი არ არის. რეალურად ის წარმოადგენს ისეთი ნაწილაკების ზღვას, რომლებიც მუდმივად ჩნდებიან და ქრებიან. ჰოკინგმა აჩვენა, რომ თუკი შავი ხვრელის სიახლოვეს წარმოიქმნება ასეთი ნაწილაკების წყვილი, არსებობს შანსი, რომ ერთ-ერთი მათგანი განადგურებამდე შავ ხვრელში ჩავარდება. ამის პარალელურად მისი მეწყვილე ნაწილაკი კოსმოსში გააღწევს. ამ პროცესის განხორციელებისთვის საჭირო ენერგია შავი ხვრელიდან მოდის, ამიტომ შავი ხვრელი ნელ-ნელა კარგავს ენერგიას და მასას.

საბოლოოდ, თეორიის თანახმად, შავი ხვრელები ჰოკინგის გამოსხივების შედეგად აორთქლდებიან. თუმცა ჩვენთვის ცნობილი შავი ხვრელები რომ საგრძნობლად დაპატარავდნენ, ამას სამყაროს ასაკზე მეტი დრო დაჭირდება. შავი ხვრელები, მათ შორის მზეზე რამდენჯერმე მასიურები, ძალიან, ძალიან დიდი ხნის განმავლობაში იარსებებენ.

წყარო: NASA

დატოვე კომენტარი

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out /  შეცვლა )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out /  შეცვლა )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out /  შეცვლა )

Connecting to %s