ჩვენი გალაქტიკის ზემასიური შავი ხვრელის სურათი

 12 მაისს, საერთაშორისო ასტრონომიული თანამშრომლობის (კოლაბორაციის) — “მოვლენათა ჰორიზონტის ტელესკოპი” (Event Horizon Telescope), მონაწილეთა პრესკონფერენციები ერთდროულად ექვს ქვეყანაში გაიმართა. წარმოდგენილი იქნა ირმის ნახტომის ცენტრში მდებარე ზემასიური შავი ხვრელის — მშვილდოსანი A* (Sgr A*)-ს “სურათი”, რომელიც რადიოასტრონომიის უახლესი მეთოდებით იქნა მიღებული. სამი წლის წინ, ამავე კოლაბორაციამ გადაიღო გალაქტიკა M87-ის ზემასიური შავი ხვრელის პორტრეტიც. ამ ორი ხვრელის კუთხური ზომები თითქმის ერთნაირია, რადგან „ჩვენი“ შავი ხვრელი დაახლოებით 2000-ჯერ უფრო ახლოსაა და 1500-2000-ჯერ მსუბუქია (დაახლოებით ოთხი მილიონი მზის მასა). მიუხედავად იმისა, რომ Sgr A* ბევრად ახლოსაა, ვიდრე  M87*, მისი გამოსახულების მიღებას გაცილებით მეტი დრო დასჭირდა. მთავარი სირთულე იყო მატერიის სწრაფი ბრუნვა მის ირგვლივ, რის გამოც შავი ხვრელის ახლო სივრცის სურათი მუდმივად იცვლებოდა. ამ ცვლილებების დამუშავება კი კოლოსალურ გამოთვლით სიმძლავრეებს მოითხოვდა (მოკლედ რადიოტალღებისა და რადიოასტრონომიის შესახებ).

 საერთაშორისო კოლაბორაცია “მოვლენათა ჰორიზონტის ტელესკოპი” (მჰტ), ჰოლანდიელი ასტროფიზიკოსების, ჰეინო ფალკესა და სერა მარკოფის, მათი ჰარვარდელი კოლეგის, შეპერდ დოელმანისა და სხვა მკვლევარების ინიციატივით დაარსდა.

 2017 წლის აპრილში, მჰტ-ს თანამშრომლობის წევრები, ერთმანეთისგან ძალიან განსხვავებული ორი გალქტიკის ორ კომპაქტურ, ელექტრომაგნიტური გამოსხივების წყაროს აკვირდებოდნენ. ერთ-ერთი მათგანი, რომელიც მშვილდოსანი A* (Sgr A*)-ს სახელით არის ცნობილი, ჩვენი სპირალური გალაქტიკის ცენტრში მდებარეობს, მზიდან 27 000 სინათლის წლის მანძილზე. იმ დროისთვის შეგროვებული ყველა ასტროფიზიკური მონაცემი მიუთითებდა, რომ ეს წყარო იყო გავარვარებული პლაზმის ნაკადი, რომელიც 4 მილიონამდე მზის მასის შავი ხვრელის გარშემო ბრუნავს და სინქროტრონული გამოსხივების ხარჯზე ანათებს. მეორე წყარო, ქალწულის თანავარსკვლავედის გიგანტური ელიფსური გალაქტიკის, M87-ის ბირთვში მდებარეობს, მზიდან 53-55 მილიონი სინათლის წლის მანძილზე. სავარაუდოდ, რამდენიმე მილიარდი მზის მასით, რომელიც ასევე, ცხელი იონიზებული გაზის ღრუბლით არის გარშემორტყმული.

ჩვენი გალაქტიკის ცენტრი, ვარსკვლავთშორისი მტვრის ღრუბლების მკვრივი ფენებით არის დაფარული, რომლებიც ხილულ სინათლეს ბლოკავს. ამიტომ, Srg A*-ზე დაკვირვებისთვის სხვადასხვა დიაპაზონების გამოყენებაა საჭირო. ევროპის კოსმოსური სააგენტოს (ESO) ეს ანიმაცია გვიჩვენებს ვარსკვლავების ტრაექტორიებს შავი ხვრელის ახლოს. ვარსკვლავების მდებარეობის ცვლილებაზე თვალთვალი “ძალიან დიდ ტელესკოპზე” (VLT) დაყენებული ინფრაწითელი დიაპაზონის კამერის (NACO) საშაუალებით მიმდინარეობდა.

 ახალი შედეგები, ისევე როგორც მათი წინამორბედები, სამართლიანად შეიძლება ჩაითვალოს არა მხოლოდ რადიოასტრონომიული დაკვირვებებისა და მათი კომპიუტერული ანალიზის უახლესი მეთოდების ტრიუმფალურ მიღწევად, არამედ ფართომასშტაბიანი კვლევითი პროექტების სოციალური და ინფორმაციული ორგანიზაციის ტრიუმფადაც ასტრონომიისა და ასტროფიზიკის დარგში. უნდა აღინიშნოს, რომ მათი არსი არავითარ შემთხვევაში არ არის შავი ხვრელების ნამდვილად არსებობის დემონსტრირება, რადგან ეს ისეც დიდი ხანია ვიცით. მჰტ კოლაბორაციის წევრებმა ორივეჯერ მიიღეს ზუსტად ის, რის მიღებასაც თავიდანვე აპირებდნენ (უფრო სწორად, რაც ნავარაუდევი იყო ფარდობითობის ზოგადი თეორიისა და რელატივისტური პლაზმის დინამიკის თეორიის საფუძველზე ძლიერ გრავიტაციულ ველში). სამხრეთ ევროპის ობსერვატორიის შტაბ-ბინაში გამართული პრესკონფერენციის მონაწილეების თქმით, ალბერტ აინშტაინს ამ დასკვნების წაკითხვის საშუალება რომ ჰქონოდა, ძალიან გაუხარდებოდა, რადგან, როგორც ადრე, ამ შედეგებმაც სრულად დაადასტურა მის მიერ შექმნილი თეორიის სიდიადე (ფარდობითობის ზოგადი თეორია – შავი ხვრელები და თხუნელას ორმოები).

 ეს გარემოება, რა თქმა უნდა, არანაირად არ ამცირებს ახლა და სამი წლის წინ გამოქვეყნებული (ბნელი ძალა) მონაცემების მნიშვნელობას. თამამად შეიძლება ითქვას, რომ უახლოეს მომავალში მჰტ უამრავი ღირებული სიახლის მიღებას გვპირდება, შესაძლოა, სრულიად მოულოდნელსაც.

 ახლა კი ცოტა ჩავუღრმავდეთ ფიზიკას. შავი ხვრელი არანაირ ელექტრომაგნიტურ სიგნალებს არ იძლევა, თავს მხოლოდ უძლიერესი გრავიტაციული ველით ახლო სივრცეზე ზემოქმედებით ამჟღავნებს. შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტი, რომლის იქეთ მოხვედრილი მატერია ვეღარასოდეს ამოვა უკან, წმინდა კვანტური ეფექტების გამო, ელემენტარული ნაწილაკების, ძირითადად, ფოტონების გამოსხივების წყარო უნდა იყოს, რაც 1974 წელს, სტივენ ჰოკინგმა იწინასწარმეტყველა და მის სახელს ატარებს. თუმცა, კოსმოსური მასშტაბის შავი ხვრელებისთვის ეს გამოსხივება იმდენად სუსტია, რომ მისი აღმოჩენა არა მხოლოდ თანამედროვე, არამედ უახლოეს მომავალში წარმოდგენილი მეთოდებითაც შეუძლებელი იქნება.

 ზემოთ ნათქვამი მხოლოდ კოსმოსური ვაკუუმის სიცარილით გარშემორტყმულ შავ ხვრელებს ეხება (ე.წ. ვარსკვლავური მასის). თუმცა, გალაქტიკის ბირთვებში არსებული ხვრელები გარშემორტყმულია ცხელი პლაზმის რგოლებით — ე.წ. აკრეციული დისკოებით. ელექტროდინამიკის კანონების შესაბამისად, ასეთი დისკოები ძლიერი სინქროტრონული გამოსხივების წყაროებია (აჩქარებული ნაწილაკის მიერ ჭარბი ენერგიის მოშორება დამუხრუჭებისას). ხშირად, ასეთი ხვრელებიდან ამოიტყორცნება ლამის სინათლის სიჩქარით მოძრავი დამუხტული ნაწილაკების ჭავლებიც (“ჯეტი”), რაც ასევე არის ფოტონების დამატებითი წყარო.

 შიდაგალაქტიკური შავი ხვრელების პლაზმური არე სხვადასხვა სიხშირის ელექტრომაგნიტურ ტალღებს წარმოქმნის — რადიოდან, ხისტ რენტგენამდე. ზემასიური შავი ხვრელების ჯამური გამოსხივება, ამავე გალაქტიკის ვარსკვლავების ჯამურ გამოსხივებაზე მეტია, ამიტომ ასეთი შავი ხვრელების შესწავლა არა მხოლოდ რადიოდიაპაზონშია შესაძლებელი, არამედ ინფრაწითელ, ოპტიკურ და რენტგენის დიაპაზონებშიც. ელექტრომაგნიტური ტალღების თითქმის მთელ სპექტრში (გარდა გამა-კვანტებისა) ასხივებს ხვრელთან მდებარე შედარებით გაიშვიათებული ცხელი გაზებიც.

 აღსანიშანვია, რომ მჰტ-ს კოლაბორაციის მიერ შავი ხვრელის რადიოგამოსხივების მონიტორინგის მოსალოდნელი შედეგი დიდი ხანია ცნობილია. 1979 წელს, ფრანგმა ასტროფიზიკოსმა ჟან-პიერ ლუმინემ დაადგინა, რომ შორეული დამკვირვებლისთვის ასეთი ხვრელი უნდა ჰგავდეს მანათობელ რგოლს ასიმეტრიულად განაწილებული სიკაშკაშით (J.-P. Luminet, 1979. სფერული შავი ხვრელის გამოსახულება თხელი აკრეციული დისკოთი. ). იგი წარმოიქმნება ფოტონებისაგან, რომლებმაც შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტის გარშემო დახურული ორბიტების დატოვება და მიმდებარე სივრცეში გაქცევა მოახერხეს. მოვლენათა ჰორიზონტის მახლობლად სინათლის სხივების გამრუდება იწვევს რგოლის შიგნით მეტ-ნაკლებად სფერული ფორმის მუქი ლაქის გაჩენას – შავი ხვრელის ერთგვარი „ჩრდილი“. სწორედ ეს ჩანს 2019 წელს გამოქვეყნებულ სურათებში (მანამდე… სოფლის მოძღვარი, რომელმაც შავი ხვრელი ”ამოიცნო”).

ეს სურათები უმნიშვნელოვანეს ინფორმაციას შეიცავს. თეორია გვეუბნება, რომ მანათობელი რგოლის რადიუსი, პირველ რიგში, დამოკიდებულია შავი ხვრელის მასაზე, რაც ამ მონაცემის დიდი სიზუსტით შეფასების საშუალებას იძლევა: ხვრელთან არსებული სივრცის გეომეტრიისთვის, აღმოჩნდება, რომ “ჩრდილის” რადიუსი 2,6-ჯერ აღემატება შავი ხვრელის შვარცშილდის რადიუსს. ეს არის ზუსტად ის, რაც ორჯერ გააკეთეს მჰტ-ს თანამშრომლობის მონაწილეებმა. პროექტის მსვლელობისას შეიქმნა რვა დიდი რადიოობსერვატორიის ინტეგრირებული ქსელი, რომელიც პლანეტური ზომის გიგანტური რადიოტელესკოპის როლს ასრულებს. მასში შედის ობსერვატორიები APEX და ALMA (ჩილე), SMA და JCMT (ჰავაიშ), მექსიკური 50 მეტრიანი რადიოტელესკოპი LMT, 30 მეტრიანი ანტენით რადიოტელესკოპი IRAM (ესპანეთი), სუბმილიმეტრიანი რადიოტელესკოპების მასივი SMT გრეჰემის მთაზე (აშშ) და ტელესკოპი SPT სამხრეთ პოლუსზე. ამგვარად ფორმირებული გიგანტური რადიოინტერფერომეტრი მილიმეტრული დიაპაზონის ტალღებს ხედავს და მაღალი გარჩევადობის შესაძლებლობით გამოირჩევა (25 კუთხური მიკროწამი). ეს საკმარისი აღმოჩნდა შავი ხვრელების ჩრდილისა და მათი პლაზმური გარემოს გამოსახულების რეკონსტრუქციისთვის, ასევე, მათი მასების დასადგენადაც. 3,5 პეტაბაიტის პირველადი მონაცემების დასამუშავებლად გამოიყენეს მძლავრი გამოთვლითი სისტემები, მათ შორის, გერმანიის მაქს პლანკის რადიოასტრონომიის ინსტიტუტის სუპერკომპიუტერი. გარდა ამისა, პროექტის მონაწილეებმა შექმნეს შავი ხვრელებისა და მათი გარემოს კომპიუტერული სიმულაციების უნიკალური ბიბლიოთეკა, რომელსაც მუდმივად ადარებდნენ დაკვირვების შედეგებს.

 2017 წლის აპრილში, მჰტ, პლანეტური მასშტაბის ინტერფერომეტრით საათობით აკვირდებოდა ორივე შავ ხვრელს. ამავდროულად, ირმის ნახტომის შავ ხვრელზე დაკვირვება გაცილებით შრომატევადი აღმოჩნდა, მიუხედავად იმისა, რომ დედამიწასთან დაახლოებით 2000-ჯერ ახლოსაა, ვიდრე გალაქტიკა M87-ში არსებული ხვრელი. ეს, ამ ხვრელების სიახლოვეს პლაზმური ნაკადების დინამიკის განსხვავებებით აიხსნება. M87-ის ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტის დიამეტრი ათასხუთასჯერ აჭარბებს ჩვენი „სახლის“ ხვრელის ჰორიზონტის დიამეტრს. მიუხედავად იმისა, რომ პლაზმის ნაწილაკები იქაც და აქაც ლამის სინათლის სიჩქარით მოძრაობენ, მათი ბრუნვის პერიოდები ხვრელის გარშემო თითქმის იგივე პროპორციით განსხვავდება. ირმის ნახტომის ცენტრში არსებული ხვრელისთვის — რამდენიმე წუთი, ხოლო M87-ის ბირთვში არსებული ხვრელისთვის – დღეები და კვირებიც კი. ამიტომ, დაკვირვების პერიოდში ჩვენი  გალაქტიკის ცენტრში არსებული ხვრელიდან დედამიწამდე მომავალი გამოსხივების ნაკადები სტრუქტურითა და სიკაშკაშით მნიშვნელოვნად განსხვავდებოდა ერთმანეთისგან, ხოლო M87-ის ხვრელის გამოსხივება საკმაოდ სტაბილური რჩებოდა. ამის გამო, გალაქტიკის ცენტრიდან მიღებული მონაცემების დამუშავება ახალი ალგორითმებისა და კომპიუტერული პროგრამების შექმნას მოითხოვდა, რასაც გაცილებით მეტი დრო დასჭირდა.

 2019 წლის მონაცემებით, M87-ში არსებული ხვრელის მასა 6,5 ± 0,7 მილიარდჯერ აღემატება მზის მასას. ირმის ნახტომის ცენტრალური შავი ხვრელი კი გაცილებით მოკრძალებულია, მისი მასა ოთხი მილიონი მზის მასას არ აღემატება. ეს სრულად ემთხვევა ამ ხვრელების მასების შეფასებებს, რომლებიც ადრე სხვა მეთოდებით იყო მიღებული.

 რა თქმა უნდა, მხოლოდ ორი ხვრელის “პორტრეტი” არც ისე ბევრია. თუმცა, მჰტ კოლაბორაცია მუშაობას აგრძელებს. მარტში ჩატარდა დაკვირვებების ახალი სერია კიდევ სამი ტელესკოპის მონაწილეობით – გრენლანდიის GLT, უახლესი ანტენათა მასივი NOEMA საფრანგეთის ალპებში და კიტის პიკის ობსერვატორიის 12 მეტრიანი რადიოტელესკოპი არიზონაში. სავარაუდოდ, მომავალში სხვა ობიექტებიც შეუერთდება კოლაბორაციას. ზოგადად, ყველაფერი მხოლოდ ახლა იწყება.

 ორივე შავი ხვრელი, როგორც უკვე ითქვა, საკმაოდ დიდი ხნის წინ აღმოაჩინეს. ობიექტი მშვილდოსანი A*, ოცდაათ წელზე მეტი ხნის განმავლობაში შეისწავლება ინფრაწითელი ასტრონომიის მეთოდებით. ჩვენდა საბედნიეროდ, M87-გან განსხვავებით, Srg  A* ახლა მშვიდ მდგომარეობაშია. მისი ელექტრომაგნიტური გამოსხივების მთლიანი სიმძლავრე, მილიონჯერ ჩამოუვარდება გალაქტიკა M87-ის მილიარდერი ხვრელის სიკაშკაშეს და მხოლოდ ორი რიგით აღემატება მზის სიკაშკაშეს. ასეთი ხვრელი რომ სხვა გალაქტიკაში ყოფილიყო, მჰტ კოლაბორაცია ძნელად თუ შეძლებდა მის აღმოჩენას. მცირეა Srg  A*-ს აკრეციული დისკოს მასაც, სავარაუდოდ, მზის მასაზე გაცილებით მცირე. შესაბამისად, აკრეციულ დისკოზე ნივთიერების წლიური აკრეციის მასშტაბი, სავარაუდოდ, მზის მასის მემილიონედს არ უნდა აღემატებოდეს. და ბოლოს, გალაქტიკა M87-ში არსებული ხვრელისგან განსხვავებით, მას არ აქვს ჭავლი.

 საინტერესოა, რომ ჩვენი გალაქტიკის ხვრელი ცოტა ხნის წინ “გაჩუმდა”. სულ რაღაც ექვსი მილიონი წლის წინ, ეს შავი ხვრელი საკმაოდ აქტიურ ფაზაში შევიდა. მისი მაშინდელი ამოფრქვევის შემდეგ დარტყმითი ტალღა დარჩა, რომელიც ახლა გალაქტიკაში დაახლოებით 3 მილიონი კილომეტრი საათში სიჩქარით ვრცელდება (მზის სიახლოვეს 3 მილიონ წელიწადში მოაღწევს).

არც ის იყო სიახლე, რომ M87-ის ბირთვში კოლოსალური შავი ხვრელი ბინადრობს (მას პოვეჰი შეარქვეს. ჰავაიელების ენაზე – ბნელით შემკული უძირო ქმნილება). სპექტრული ანალიზით დადგინდა, რომ მისი გამოსხივების სპექტრული ხაზები ძლიერაა გაფართოებული, რაც გალაქტიკის ბირთვში უძლიერესი გრავიტაციის მქონე უკიდურესად კომპაქტური ცენტრის არსებობაზე მიუთითებდა. მეცნიერებმა დასკვნეს, რომ ასეთი ცენტრი შეიძლება მხოლოდ შავი ხვრელი იყოს, რომლის მასა მინიმუმ 3 მილიარდი მზის მასას უტოლდება. მოგვიანებით, დაახლოებით 2010 წელს, გაირკვა, რომ ეს ხვრელი თითქმის ექვსნახევარი მილიარდი მზის მასისაა. ახლა, მჰტ-ს კოლაბორაციამ ეს ყველაფერი დაადასტრურა (10 რამ, რაც შავ ხვრელს შეუძლია).