შავი ხვრელების საიდუმლო

 ალბერტ აინშტაინი თვლიდა, რომ შავი ხვრელი უზარმაზარ სიმკვრივემდე შეკუმშული ვარსკვლავია, მიზიდულობის ძალით, რომლის დაძლევა გამოსხივებასაც კი არ შეუძლია, თუმცა ფიქრობდა, რომ ბუნება ასეთ უაზრობამდე არ დავიდოდა.

 ჩვენი მზე წყნარად მოკვდება

 დადგება დრო (დაახლოებით 5 მლრდ. წლის მერე), როცა მზის ბირთვში თერმობირთვული საწვავის მარაგი ამოიწურება, 10 მილიარდ წლზე მეტ ხანს გაგრძელებულ ბრძოლაში გრავიტაცია გაიმარჯვებს. მზისმაგვარი ვარსკვლავი კოლაფსისას დედამიწის ზომამდე იკუმშება, კოლაფსს ელექტრონები აჩერებს, რომლებსაც ერთმანეთთან მეტზე მიახლოება აღარ შეუძლიათ (ერთნაირი მუხტისა და სხვა კვანტური მოვლენის გამო…). ამ სტადიაზე ენერგიის გამომუშავება ვარსკვლავს უკვე აღარ შეუძლია, თუმცა ნათებას, გაცივებასთან ერთად, კიდევ დიდ ხანს გააგრძელებს. ასეთ ვარსკვლავებს თეთრ ჯუჯებს უწოდებენ, ისინი ღამის ცის ხილულ ვარსკვლავთა შორის მრავლად არიან. სრული კოლაფსისაგან თეთრ ჯუჯას ორი ძალა იცავს – გრავიტაციული მიზიდულობა და შიგნიდან მოქმედი ელექტრონების წნევა. ასტროფიზიკოსები ამ ელექტრონულ გაზს დეგენერირებულ გაზს უწოდებენ (ჩანდრასეკარის ზღვარი; როგორ კვდებიან ვარსკვლავები).

 მზეზე ათჯერ მასიური ვარსკვლავები უფრო საინტერესოდ კვდებიან. ზეახლად აფეთქების მერე, მათი გარე ფენები კოსმოსში გაიტყორცენბა, მომაკვდავი ვარსკვლავი მცირე ხნით გალაქტიკაზე ელვარე ხდება, ხოლო მის ადგილზე სწრაფად მბრუნავი ნეიტრონული ვარსკვლავი რჩება, დიამეტრით 20 კილომეტრი. ასეთი ვარსკვლავიდან აღებული ნატეხი შაქრის ზომის მატერია, მილირდ ტონას აიწონის. ნეიტრონული ვარსკვლავის გრავიტაცია იმდენად ძლიერია, რომ მისკენ ნამცხვრის ერთი ნაჭერი რომ გვესროლა,ზედაპირთან შეჯახებისას გამოყოფილი ენერგია, ატომური აფეთქების ტოლფასი იქნებოდა.

 მზეზე 20-ჯერ მასიური ვარსკვლავების სიკვდილის წინა კრუნჩხვებთან შედარებით, ზემოთ ჩამოთვლილი არაფერია. ჰიროსიმაში ჩამოგდებული ატომური ბომბი სამყაროს არსებობის მთელი დროის განმავლობაში ყოველ მილიწამში რომ აგვეფეთქებინა, მაინც ვერ მივიღებდით იმდენ ენერგიას, რომელიც ვარსკვლავი-გიგანტის დაშლის მომენტში გამოიყოფა. ბირთვი იკუმშება. ტემპერატურა 55 მილირდ გრადუსს აღწევს. ევერესტის ზომის რკინის მასა, ქვიშიც მარცვლის ზომამდე მომენტალურად იკუმშება. ატომები ელექტრონებად, პროტონებად და ნეიტრონებად იშლება. ეს ელემენტარული ობიექტებიც კი ქუცმაცდება – კვარკებად, გლიუონებად. დაქუცმაცება კიდევ უფრო მინიმალურ ზომებადმე გრძელდება…

 რა ხდება შემდეგ, არავინ იცის. ასეთი დაუჯერებელი ფენომენის ახსნის მცდელობისას, ორივე დომინანტი თეორია სამყაროს აგებულების შესახებ – ფარდობითობის ზოგადი თეორია და კვანტური მექანიკა – ბზრიალით ვარდნილი თვითმფრინავის მოწყობილობასავით იწყებს მუშაობას.

 ვარსკვლავი შავ ხვრელად იქცა

 შავ ხვრელს, სამყაროს ყველაზე ბნელ უფსკრულად ის სიჩქარე აქცევს, რომელიც მისი გრავიტაციული მარწუხებიდან თავის დასაღწევად არის საჭირო. დედამიწის გრავიტაციის დასაძლევად 11 კილომეტრი წამში სიჩქარით უნდა ვიმოძრაოთ. სიჩქარის სამყაროსეული ზღვარი 299 792 კმ/წმ-ს უტოლდება (300 000 კმ/წმ. თუ დავამრგვალებთ), ანუ სინათლის სიჩქარე. ხვრელისგან თავის დასაღწევად არც ეს სიჩქარეა საკმარისი, რაც მასში მოხვდება, დანარჩენი სამყაროსაგან იზოლირებული ხდება. მის გარე და შიდა გარემოს გამყოფ საზღვარს მოვლენათა ჰორიზონტს უწოდებენ. ჰორიზონტს იქეთ მოხვედრილი ნებისმიერი სხეული – ვარსკვლავი, პლანეტა, ადამიანი, უკუნითი უკუნისამდე იკარგება 🙂 (სავარაუდოდ…) .

 ალბერტ აინშტაინი ასეთი ობიექტების რეალურად არსებობის იდეის მიმართ სკეპტიკურად იყო განწყობილი. მისი ფორმულები ხვრელების არსებობას უშვებს. სიმართლესთან უფრო ახლოს მეცნიერს ეჩვენებოდა ვარაუდი იმის შესახებ, რომ გრავიტაცია უფრო ძლიერ, ელექტრომაგნიტურსა და ატომურ ძალებს გადძლევს რის მერეც გიგანტური ვარსკვლავის ბირთვი ქრება.

 შავი ხვრელების შესახებ წარმოდგენების რადიკალური ცვლილება XX საუკუნის მეორე ნახევარში მოხდა, ძირითადად, კოსმოსის დამზერის ახალი საშულებების შექმნის ხარჯზე. ტერმინი ”შავი ხვრელიც” სწორედ მაშინ შემოიღეს, პირველად ის 1967 წელს, ჯონ უილერმა გამოიყენა.

 თავიანთდა გასაკვირად, მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ გალქტიკათა უმრავლესობა, მათი რაოდენობა კი 100 მილიარდზე მეტია, ვარსკვლავების, გაზისა და მტვრის მჭიდრო გროვებით არის შევსებული. ამ ქაოსის ცენტრში, პრაქტიკულად ყველა დამზერად გალაქტიკაში, მათ შორის ირმის ნახტომშიც, უკიდურესად მძიმე და მკვრივი ობიექტი მდებარეობს, ისეთი მძლავრი მიზიდულობის ძალით, რომ რამდენიც არ უნდა ზომო, მხოლოდ ერთ შესაძლო ახსნამდე დახვალ: შავი ხვრელი.

 გალაქტიკათა ბირთვებში უზარმაზარი შავი ხვრელები ბინადრობენ. ირმის ნახტომის ცენტრალური ხვრელი 4,3 მილიონჯერ მასიურია მზეზე, მეზობელი ანდრომედასი – 100 მილიონჯერ. სავარაუდოდ, სხვა გალაქტიკებში მილიარდჯერ და ათეულობით მილიარდჯერ მძიმე ხვრელებიც მოიძებნება. ისინი დაბადებიდანვე ასეთები არ ყოფილან, ყოველ შემდეგ სადილობასთან ერთად მძიმდებოდნენ, როგორც ყოველი ჩვენგანი. გალაქტიკის პერიფერიებზე მოხეტიალე პატარა შავი ხვრელების (ვარსკვლავური მასების) რაოდენობა, ექსპერტთა შეფასებით, ქუჩაში მოხეტიალე მაწანწალა ძაღლების რაოდენობას არ ჩამოუვარდება.

 ერთი თაობის ფიზიკოსთა მეხსიერებაშია შავი ხვრელების გადაზრდა მათემატიკური კურიოზიდან, reductio ad absurdum (აბსურდამდე დასავლა) რეალობაში, ფართოდ აღიარებულ ფაქტამდე. აღმოჩნდა, რომ შავი ხვრელი ჩვეულებრივი მოვლენაა. სამყაროში მათი რაოდენობა, როგორც ჩანს, ტრილიონებს ითვლის.

 შავი ხვრელი არავის არ უნახავს და ვერც ნახავს. დასანახავიც არაფერია. ცარიელი ადგილი სივრცეში – უამრავი რაოდენობის არაფერი, როგროც ფიზკოსები ამბობენ ხოლმე. ხვრელის არსებობა, გარემოზე მის მიერ გამოწვეული ეფექტების კვლევით დგინდება. მსგავსად უხილავი ძლიერი ქარისა, რომელიც ხეების წვეროებს ერთი მიმართულებით გადახრის.

 თუ ექსპერტებს ვკითხავთ, რამდენად არიან ისინი დარწმუნებულნი შავი ხვრელების არსებობაში, პასუხი ასეთი იქნება: 99,9 პროცენტით; თუ გალაქტიკათა ცენტრებში ზეამსიური ხვრელები არ არის, მაშინ იქ კიდევ უფრო უცნაური რამ უნდა იყოს (ყველაზე დიდი ზემასიური შავი ხვრელი?!).

 შავი ხვრელების შესწავლა სამყაროს მოწყობის უკეთ გაგებაშიც დაგვეხმარება. ხვრელისკენ მოძრავ მატერიას ხახუნი გავარვარებამდე აცხელებს. თვითონ ხვრელი კი ბრუნავს. ხახუნისა და ბრუნვის კომბინაცია მატერიის ნაწილს (ზოგჯერ 90%-ზე მეტს) მოვლენათა ჰორიზონტამდე არ უშვებს, უკუაგდებს, მბრუნავი სალესი ქვიდან გაფრქვეული ნაპერწკლებივით.

 ეს ენერგია კოსმოსში ჭავლური ნაკადებით გაიტყორცნება, ფენომენალური, სინათლისაზე ოდნავ ნაკლები სიჩქარით. ჭავლები მილიონობით სინათლის წლის მანძილებზე ვრცელდებიან. სხვანაირად რომ ვთქვათ, შავი ხვრელები გალაქტიკის ცენტრთან მდებარე ხნიერი ვარსკვლავებიდან აღებულ გაზებს მის შორეულ კუთხეებში გადაისვრიან. ეს გაზი ნელნელა ცივდება, სქელდება და ახალ ვარსკვლავებს წარმოქნის, რითაც გალაქტიკის მუდმივი ახალგაზრდობის წყარო ხდება.

 ფანტასტიკის ჟანრის ფილმებიდან გვეუბნებიან, რომ თითქოს, შავი ხვრელი ჩვენს შთანთქმას ცდილობს. მათი შემწოვი ძალა ჩვეულებრივი ვარსკვლავის მსგავსია, უბრალოდ, ეს ძალა მის ზომებთან შედარებით არის უზარმაზარი.

 ჩვენი მზე რომ შავ ხვრელად გადაიქცეს (რაც შეუძლებელია), მას იგივე მასა ექნებოდა, ოღონდ 1 392 000 კილომეტრის ნაცვლად, მისი ზომა 6,5 კილომეტრს გაუტოლდებოდა. დედამიწაზე სიბნელე და სიცივე დაისადგურებდა, თუმცა პლანეტათა ორბიტები თითქმის არ შეიცვლებოდა. მზე ამ ახალ ამპლუაში, ჩვენს პლანეტას იგივე ძალით მიიზიდავდა, როგორც ადრე.

 დედამიწის შემთხვევაშიც, შავ ხვრელად რომ გადაქცეულიყო, იგივე მასა ექნებოდა (10²¹ ტონა), თუმცა თვალის გუგის ზომა. მთვარე კი ისევ თავის ორბიტაზე დარჩებოდა.

 კიდევ უფრო უჩვეულოა დროისა და ხვრელების რთული სახის ურთიერთობა. ხვრელებს რომ თავი დავანებოთ, დრო ისედაც ძალიან უცნაური ცნებაა. ალბათ, გსმენიათ ფრაზა: „დრო ფარდობითია“. ეს იმას ნიშნავს, რომ დრო ყველასათვის ერთნაირად არ გადის. აინშტაინმა აღმოაჩინა, რომ მის მსვლელობაზე მიზიდულობის ძალაც ზემოქმედებს.

 თუ ჩვვენ ზეზუსტ საათებს ცათამბჯენის ყველა სართულზე განვალაგებთ, ისინი განსხვავებულ დროებს გვიჩვენებს. ქვედა სართულები ახლოსაა დედამიწის ბირთვთან, სადაც გრავიტაცია უფრო ძლიერია, რის გამოც საათები უფრო ნელი ტემპით იმუშავებს, ვიდრე ზედა სართულზე დატოვებული საათები. ამის შემჩნევა ძალიან ძნელია, რადგან ეს სხვაობა უკიდურესად მცირეა – წამის მემილიარდედი. გლობალური ნავიგაციის თანამგზავრების – GPS-ის საათებს ისეთნაირად ასწორებენ, რომ მათი და დედამიწის ზედაპირზე არსებული საათების ჩვენება ერთნაირი იყოს. წინააღმდეგ შემთხვევაში GPS-ის მონაცემები ვერ იქნება ზუსტი.

 შავი ხვრელები თავიანთი წარმოუდგენელი ძალის გრავიტაციით, დროის მანაქანებად შეიძლება ჩავთვალოთ. თუ კოსმოსური ხომალდით ჩვენი გალქტიკის ზემასიური შავი ხვრელის (მშვილდოსნის A*) მოვლენათა ჰორიზონტს მაქსიმალურად მივუახლოვდებით, ისე, რომ არ გადავკვეთავთ მას, იქ გატარებული ყოველი წუთის განმავლობაში, დედამიწაზე ათასეულობით წელი გავა (დედამიწასთან დაკავშირებული ათვლის სისტემის მიმართ. ადგილზე კი ყველაფერი ჩვეულებრივად იქნება, ადამიანისთვის შეუმჩნევლად). ძნელი დასაჯერებელია, თუმცა სიმართლეა: გრავიტაცია დროს “სჯაბნის” (დრო დროზე ჩქარა მიქროდა, დრო არაფერზე ფიქრობდა…).

 რა იქნება, თუ მოვლენათა ჰორიზონტს გადავკვეთავთ? ხვრელში ჩვენს ჩავარდნას გარე დამკვირვებელი ვერ დაინახავს. დამკვივებლისთვის სამუდამოდ ხვრელის კიდეზე გაქვავებულები გამოვჩნდებით. თუმცა არც თუ ისე სამარადჟამოდ, რადგან მუდმივი არაფერია, შავი ხვრელებისთვისაც კი. ბრიტანელმა ფიზიკოსმა სტივენ ჰოკინგმა დაამტკიცა, რომ ეს ობიექტებიც კარგავს მასას, პროცესს ჰოკინგის გამოსხივება შეარქვეს, გარკვეული დროის მერე ხვრელი მთლიანად აორთქლდება (შავი ხვრელის სიცოცხლის ხანგრძლივობა; ჰოკინგის თანაავტორი ხვრელების აფეთქების შესაძლებლობაში დაეჭვდა). ლაპარაკია ტრილიონ ტრილიონიბითა და კიდევ უფრო მეტ ტრილიონ წლებზე. ეს საკმარისი დროა იმისათვის, რომ შავი ხვრელები სამყაროს შორეული მომავლის ერთად-ერთ ობიექტებად იქცეს (სამყაროთა ევოლუციის გვირვინი: შავი ხვრელი).

 გარე დამკვირვებელი, ხვრელში ჩვენს ვარდნას ვერ დაინახავს, მაგრამ რა დაგვემართება ჩვენ? მშვილდოსანი A* იმდენად დიდია, რომ მისი მოვლენათა ჰორიზონტი ცენტრიდან 13 მილიონი კილომეტრის (43 სინათლის წამი) იქეთ მდებარეობს. მეცნიერები ვერ თანხმდებიან, რა ხდება ჰორიზონტის გადაკვეთის მომენტში. შესაძლებელია, იქ ე.წ. ცეცხლოვანი კედელი (ჰოკინგი ხვრელების ბუნებამ დააეჭვა) დაგვხვდეს. თუმცა, ფარდობითობის ზოგადი თეორია წინასწარმეტყველებს, რომ მოვლენათა ჰოტიზონტის გადაკვეთისას სულ სხვა რამე ხდება: არაფერი. უბრალოდ, მის შიგნით მოვხვდებით და წარმოდგენა არ გვექნება იმის შესახებ, რომ დანარჩენ სამყაროსთან კავშირი გავწყვიტეთ. ყველაფერი რიგზეა. ჩვენი საათიც ჩვეულებრივად წიკწიკებს.

 ამბობენ, რომ ხვრელი უსასრულო სიღრმისაა, თუმცა ეს ასე არ არის. მათაც აქვთ ფსკერი, თუმცა იქამდე ჩასვლას ვერ მოვესწრებით. ვარდნასთან ერთად გრავიტაციაც ძლიერდება. თუ ფეხებით წინ ვვარდებით, ისინი უფრო ძლიერად მიიზიდება, ვიდრე კეფა, სხეული გაწელვას (ე.წ. „სპაგეტიზაცია“) დაიწყებს, სანამ არ გაწყდება (10 ფაქტი შავი ხვრელების შესახებ).

 ფრაგმენტები ფსკერს მიაღწევს. შავი ხვრელის ცენტრში მდებარეობს გამოცანა, სახელად „სინგულარობა“. ამ გამოცანის ამოხსნის შემთხვევაში, ჩვენ უდიდეს მეცნიერულ გარღვევას მოვახდენთ. ამისათვის ახალი თეორიის მოგონება დაგვჭირდება, რომელიც აინშტაინის ფარდობითობის თეორიის საზღვრებს გასცილდება, ასევე, ელემენტარული ნაწილაკების აღმწერი კვანტური მექანიკისაც. ორივე თეორია არც თუ ისე ცუდად აღწერს რეალობას, თუმცა, ექსტრემალური პირობებისთვის ისინი ვერ გვადგება.

 სინგულარობას უკიდურესად პატარა წერტილად წარმოიდგენენ. ყველაზე უფრო ძლიერი მიკროსკოპიც კი ვერ დაინახავს სინგულარობას, გადიდებულს ტრილიონ ტრილიონობითჯერ. თუმცა, მასში რაღაც მაინც არის, ყოველ შემთხვევაში, მათემატიკური თვალსაზრისით. ყველაფერზე პატარა და დაუჯერებლად მძიმე რამ. ამის წარმოსადგენად ნუ შეიწუხებთ თავს.

 ფიზიკოსთა უმრავლესობა თვლის: დიახ, შავი ხვრელები არსებობენ, თუმცა, როგორც მიუდგომელი სფერული ციხესიმაგრე ვაკუუმში. ვერასოდეს გავიგებთ, რა ხდება სინგულარობის შიგნით.

 მიუხედავად ამისა, ზოგიერთი თეორეტიკოსი ზემოთ თქმულს არ ეთანხმება და სინგულარობაში შეღწევას ცდილობს. უკანასკნელი წლების განამავლობაში სულ უფრო აქტიურად ვრცელდება აზრი, რომ ყველაფერი მარტო ჩვენი სამყაროთი არ შემოიფარგლება. ჩვენ ე.წ. მულტისამყაროში ვცხოვრობთ – სამყაროთა ფართო ასორტიმენტით, შავი ხვრელების კოლექციებით რეალურობის შვეცარულ ყველში.

 ყველაფერი ეს – მხოლოდ საკამათო ჰიპოთეზებია, თუმცა შესაძლებელია, რომ ახალი სამყაროს გასაჩენად, უკვე არსებულიდან ცოტა მატერიის აღებაა საჭირო, მისი შეკუმშვა და კარგად იზოლირება.

 ამის შესახებ უკვე გსმენიათ, ყოველ შემთხვევაში, ვიცით, რა დაემართა ერთ ასეთ სინგულარობას. ჩვენი სამყარო 13,8 მილიარდი წლის წინათ კოლოსალურ აფეთქებაში გაჩნდა. აფეთქებამდე ყველაფერი უკიდურესად პატარა და წარმოუდგენლად მკვრივ წერტილში – სინგულარობაში იყო თავმოყრილი (რა აფეთქდა დიდ აფეთქებაში?).