Posted by ”შავი ხვრელი არის ადგილი კოსმოსში, სადაც გრავიტაცია იმდენად ძლიერია, რომ არაფერს, სინათლესაც კი, არ შეუძლია გაექცეს მას.” – ეს საოცარი იდეა პირველად 1783 წელს, ჯონ მიშელმა გააჟღერა, რომელიც ინგლისის ერთ-ერთი სოფლის მოძღვარი იყო. მიშელი თავისი დროის გამოჩენილი მეცნიერი იყო. მიუხედავად ამისა, დღეს მის შესახებ ცოტამ თუ იცის, რადგან თავმდაბლობა და მორიდებული ხასიათი არ აძლევდა მას საშუალებას, საკუთარი რევოლუციური სამეცნიერო იდეები საჯაროდ გამოეთქვა და გაევრცელებინა.
მიშელი 1724 წელს დაიბადა, დაამთავრა ქემბრიჯის უნივერსიტეტი, სადაც შემდეგ ასწავლიდა ებრაულს, ბერძნულს, მათემატიკას და გეოლოგიას. მიშელის პორტრეტი არ მოიპოვება, თუმცა ჩანაწერებში ის აღწერილია, როგორც: ”ტანდაბალი, შავთმიანი და მსუქანი.” ის თორნჰილის რექტორი იყო, ქალაქ ლიდსთან ახლოს, სადაც თავისი უმნიშვნელოვანესი სამუშაოები ჩაატარა. მიშელთან თორნჰილში ჩადიოდნენ მეცნიერების ვარსკვლავები, მათ შორის – ბენჯამინ ფრანკლინი, ქიმიკოსი ჯოზეფ პრისტლი (აღმოაჩინა ჟანგბადი) და ფიზიკოსი ჰენრი ქევენდიში (აღმოაჩინა წყალბადი).
შთამბეჭდავია მიშელის სამეცნიერო მიღწევები: 1750 წელს მან აჩვენა, რომ მაგნიტის თითოეული პოლუსის მაგნიტური ველის ძალა მანძილის კვადრატთან ერთად მცირდება; 1755 წელს, ლისბონის კატასტროფული მიწისძვრის შემდეგ, მან დაწერა კვლევა, რომელმაც საფუძველი ჩაუყარა ახალ სამეცნიერო მიმართულებას – სეისმოლოგიას. სახელდობრ, მიშელმა აჩვენა, რომ მიწისძვრა დედამიწის მყარ ქანებში ტალღების სახით ვრცელდება, და დაკავშირებულია დიდი გეოლოგიური ფილების გადაადგილებასთან, რაც უზარმაზარ ნაპრალებს წარმოშობს. ამ სამუშაომ განაპირობა ის, რომ 1760 წელს მიშელი წამყვან მეცნიერთა სამეფო საზოგადოების წევრად აირჩიეს.
მიშელმა დაგეგმა ექსპერიმენტი, რომელიც ცნობილი მასის ორ ობიექტს შორის მიზიდულობის ძალას გაზომავდა. მან ხელსაწყოებიც კი გაამზადა, თუმცა, სამწუხაროდ, 68 წლის ასაკში გარდაიცვალა. ეს ექსპერიმენტი ქევენდიშმა ჩაატარა და სრულად მიაწერა მას ეს დამსახურება. ჩატარებული გაზომვებიდან კი გამოითვალეს სიდიდე, რომელსაც დღეს გრავიტაციული მუდმივა ეწოდება. გრავიტაციული მუდმივა სამყაროს ყველა წერტილში არსებული მიზიდულობის ძალის კალიბრაციას ახდენს; მასზე დაყრდნობით, ქევენდიშმა დედამიწის საშუალო სიმკვრივე და მასა გამოთვალა.
მიშელი იყო პირველი, ვინც ასტრონომიას სტატისტიკა დაურთო და სრულიად ახალი ტიპის გამოთვლები ჩაატარა – შეისწავლა რა, თუ როგორ არიან ვარსკვლავები ხილულად განლაგებული ცაზე, მან აჩვენა, რომ ვარსკვლავთა უმეტესობა წყვილებსა და გროვებშია გაერთიანებული და სულაც არ არის მარტოდ, შემთხვევითად ”მიმოფანტული”. ის დაბეჯითებით ამტკიცებდა, რომ ეს ვარსკვლავთა არა შემთხვევითი, არამედ გრავიტაციული ერთობა იყო და რომ არსებობდა ორჯერადი, სამჯერადი და მრავალჯერადი ვარსკვლავიერი სისტემები. ეს იყო ვარსკვლავთა ფიზიკური ასოციაციების არსებობის პირველი მტკიცებულებები.
თუმცა მიშელის უმთავრესი შორსმჭვრეტელური იდეები შავი ხვრელების არსებობას უკავშირდება. იდეა მას 1783 წელს გაუჩნდა, როდესაც ჰიპოთეზურად მსჯელობდა ვარსკვლავთა მასების გამოთვლის გზებზე. მიშელი იზიარებდა ნიუტონის თეორიას სინათლის ნაწილაკოვანი ბუნების შესახებ. ამგვარად, მან ეს ნაწილაკები ვარსკვლავის ზედაპირთან ახლოს წარმოიდგინა და დაასკვნა, რომ მნათობის გრავიტაციული ველი მათ სიჩქარეზე იმოქმედებდა – სინათლის ნაწილაკები მიშელმა ცაში გასროლილ პატარა ტყვიებს შეადარა, რომელთა სიჩქარე დედამიწის ზედაპირიდან დაშორების პროპორციულად იკლებს. მან წამოაყენა ჰიპოთეზა, რომ რომელიმე ვარსკვლავიდან გამოსხივებული სინათლის ნაწილაკების სიჩქარის შემცირების ხარისხის აღრიცხვით შესაძლებელი იქნებოდა ამ ვარსკვლავის მასის განსაზღვრა.
მიშელი ცდილობდა ამ ეფექტის მასშტაბები განესაზღვრა: გრავიტაციისაგან თავის დასაღწევად საჭიროა სიჩქარე – ვუწოდოთ ამას ”გაქცევის სიჩქარე”; ამ სიჩქარის სიდიდე კი მხოლოდ ვარსკვლავის ზომასა და მასაზეა დამოკიდებული. რა მოხდება, თუ ვარსკვლავის გრავიტაცია იმდენად დიდია, რომ ”გაქცევის სიჩქარე” სინათლის სიჩქარეს აჭარბებს? მაშინ უნდა წარმოვიდგინოთ, რომ სინათლის ნებისმიერი გამოსხივებული ნაწილაკი კვლავ ვარსკვლავის ზედაპირზე ”დაეცემა”.
მიშელისთვის სინათლის სიჩქარე ცნობილი იყო, რადგან ის წინა საუკუნეში ოლე როემერმა გამოთვალა, ამიტომ მან ეს ჰიპოთეზური ”გაქცევის სიჩქარე” იოლად განსაზღვრა; ხოლო ამგვარი ვარსკვლავის დიამეტრი მზის დიამეტრზე 500-ჯერ მეტი უნდა ყოფილიყო, იგივე საშუალო სიმკვრივის შემთხვევაში. სინათლე ვერასოდეს დააღწევდა თავს ამგვარ ვარსკვლავს, ამიტომ ის სამყაროსთვის უხილავი უნდა ყოფილიყო. დღეს ჩვენ ასეთ ბნელ ობიექტს შავ ხვრელს ვუწოდებთ.
მიშელმა სწორი გამოთვლები განახორციელა, თუმცა ერთ საკითხში შეცდა – აინშტაინის 1905 წლის ფარდობითობის თეორიის წყალობით დღეს ჩვენ ვიცით, რომ სინათლის სიჩქარე კოსმოსში მუდმივი (და ზღვრული) სიდიდეა, და ის ადგილობრივ გრავიტაციულ ძალთა ცვლილებას არ ექვემდებარება. ამგვარად, მიშელი ვარსკვლავიდან გამოსხივებული სინათლის სიჩქარის შემცირებაზე დაყრდნობით მის მასას ვერ გამოთვლიდა. თუმცა მან სრულიად მართებულად ივარაუდა, რომ კოსმოსური ობიექტი უხილავია, თუკი მისი გრავიტაციისგან ”გაქცევის სიჩქარე” სინათლის სიჩქარეს აღემატება. ეს იმდენად რევოლუციური მიგნება იყო, რომ მხოლოდ ძალიან ვიწრო სამეცნიერო წრეში თუ განიხილავდნენ.
იდეა შავი ხვრელების შესახებ კვლავ აქტუალური გახდა 1916 წელს, როდესაც აინშტაინმა გამოაქვეყნა თავისი თეორია გრავიტაციის შესახებ. ამას მოჰყვა კარლ შვარცშილდის მიერ აინშტაინის განტოლებების გამოთვლა შავ ხვრელებთან მიმართებაში (შვარცშილდის რადიუსი), სადაც მათემატიკურად იყო ასახული გამრუდებული სივრცის სფერო, რომელიც გარს აკრავს უაღრესად კონცენტრირებულ მასას და უხილავია გარე სამყაროსთვის. სხვა მეცნიერთა გამოთვლებმა შემდგომში დაადასტურა, რომ ასეთი ობიექტი მასიური ვარსკვლავის კოლაფსის შედეგია. ტერმინი ”შავი ხვრელი” 1968 წელს ოფიციალურად დაამკვიდრა პრინსტონის უნივერსიტეტის პროფესორმა ჯონ უილერმა, რომელმაც ამ გამოთვლითი ობიექტების პარამეტრები გულდასმით შეისწავლა.
ასტროფიზიკურ თეორიებზე დაყრდნობით ივარაუდეს, დღეს კი ჩვენ დანამდვილებით ვიცით, რომ შავი ხვრელები ყველა გალაქტიკის გულშია და მათი ზომები მნიშვნელოვნად განსხვავდება ერთმანეთისგან, რაც მათი მასების პროპორციულია. ამგვარად, დედამიწის მასის შავი ხვრელის ზომა დაახლოებით 2,5 სანტიმეტრის ზომისაა, ხოლო გალაქტიკა ირმის ნახტომის მასის მქონე შავი ხვრელის დიამეტრი 1 სინათლის წელს მიაღწევდა.
მიშელმა ივარაუდა, რომ უხილავი შავი ხვრელების აღმოჩენა მათ გარშემო მოძრავ ვარსკვლავებზე დაკვირვებით არის შესაძლებელი. სწორედ ეს მეთოდი გამოიყენება დღეს ასტრონომების მიერ, როგორც შავი ხვრელის არსებობის ერთ-ერთი მტკიცებულება. დღეს ჩვენ ბევრი ფაქტობრივი და ვიზუალური მასალა დაგვიგროვდა, სადაც დაფიქსირებულია უბნები, რომლის გარშემოც ვარსკვლავები, მიახლოებასთან ერთად, უდიდესი აჩქარებით იწყებენ გარემოქცევას, განიცდიან დეფორმაციას და გამოყოფენ ვარსკვლავური აირის ნაკადებს. ეს კი მხოლოდ იმ შემთხვევაშია შესაძლებელი, თუ ეს მასიური ცენტრალური უბანი შავი ხვრელია.
ეს ვიდეო ევროპის სამხრეთ ობსერვატორიის ინსტრუმენტის – NACO 20 წლის განმავლობაში გადაღებული ფოტოებითაა აწყობილი, რომელიც ESO-ს ძალიან დიდ ტელესკოპზე (VLT) განთავსდება. ცენტრში – ზემასიური შავი ხვრელია, რომლის გარშემოც ვარსკვლავები მოძრაობენ. დააკვირდით ცენტრთან ახლო ვარსკვლავების დეფორმაციას (გამოიყოფა მოცისფრო ნაკადები).
შავი ხვრელები მათ გარშემო სივრცეზე უდიდეს გავლენას ახდენენ, თუმცა მათი წარმოჩენა მტვერსასრუტის მსგავს ობიექტებად, რომლებიც გარშემო ყველაფერს შთანთქავენ და პირწმინდად ანადგურებენ, პოპულარული ფიქციაა და სხვა არაფერი. რაღაც წარმოუდგენელი მექანიზმებით ჩვენი მზე რომ უცებ შავ ხვრელად ქცეულიყო, ეს არანაირ გავლენას არ მოახდენდა პლანეტების მოძრაობაზე. ამის მიზეზი ის არის, რომ მზის სისტემის ცენტრალური მასაც იგივე დარჩებოდა და მისი გრავიტაციული გავლენაც. ცენტრალური ვარსკვლავის შავ ხვრელად გადაქცევა ნიშნავს, რომ მისი მასა მცირე ზომისა და უდიდესი სიმკვრივის ობიექტში ”ჩაიქცეოდა”, რაც ახლომახლო ობიექტებს უდიდესი გრავიტაციის მქონე მორევში ჩაითრევდა, თუმცა მოშორებით მყოფ ობიექტებზე გრავიტაციული გავლენა იგივე დარჩებოდა – შავი ხვრელი არ დაიწყებდა ცენტრისკენ მათ ”მოქაჩვას”.
1783 წელს, როდესაც ჯონ მიშელმა წამოაყენა ჰიპოთეზა შავი ხვრელების შესახებ, მან მსოფლიოს მხოლოდ რამდენიმე მეცნიერის ყურადღება მიიპყრო – უმეტესობა არ იყო მზად იმის წარმოსადგენად, რასაც ინგლისის ერთ-ერთი პატარა სოფლის მორიდებული, განსწავლული მოძღვარი აღწერდა თავის გამოთვლებსა და ექსპერიმენტებში. მხოლოდ მე-20 საუკუნემ და კოსმოსის ათვისების იდეებმა მოამზადა კაცობრიობა გონებრივად იმისთვის, რომ კარგად წარმოედგინათ ”შავი ხვრელების” არსებობის სამეცნიერო არსი.
”შავი ხვრელი არის უბანი დროსა და სივრცეში, სადაც გრავიტაცია იმდენად ძლიერია, რომ არაფერს – თვით სინათლის ელექტრომაგნიტური გამოსხივების ნაწილაკებსაც კი არ შეუძლია მისგან თავის დაღწევა. ფარდობითობის თეორიაზე დაყრდნობით, გარკვეულ სივრცეში მოქცეული კრიტიკული მასა თავის გარშემო იმდენად ამრუდებს დროსა და სივრცეს , რომ ამგვარი ობიექტი წარმოიქმნება.” – შავი ხვრელის თანამედროვე განმარტება.
მეტი ჯონ მიშელის შესახებ: https://en.wikipedia.org/wiki/John_Michell