რაც შავი ხვრელების შესახებ უნდა ვიცოდეთ

რამხელა შეიძლება იყოს შავი ხვრელი?

 შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტი, რომლის შიგნით მოხვედრილი ობიექტი წყვეტს კონტაქტს გარე სამყაროსთან, სფეროს სახით შეგვიძლია წარმოვიდგინოთ, რომლის დიამეტრი შავი ხვრელის მასის პირდაპირ პროპორციულია. რაც უფრო მეტი მატერია ხვდება ხვრელის წიაღში, მით უფრო დიდი ზომის ხდება იგი. ვარსკვლავებთან შედარებით, შავი ხვრელის ზომა შეუდარებლად მცირეა, რადგან მისი შემადგენელი ძალიან პატარა მოცულობაშია თავმოყრილი, რაც გადაულახავი ძალის გრავიტაციით არის განპირობებული. დედამიწის მასის შავი ხვრელის ზომა სულ რაღაც რამდენიმე მილიმეტრი იქნებოდა, რაც ჩვენი პლანეტის რადიუსზე 10 000 000-ჯერ ნაკლებია.

 შავი ხვრელის რადიუსს, შვარცშილდის რადიუსს უწოდებენ, კარლ შვარცშილდის საპატივცემულოდ, რომელმაც აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის ფარგლებში პირველად მიიღო ამონახსნები ამ ობიექტებისთვის (გრავიტაციული რადიუსი m მასის პროპორცილულია და ასეთი ფორმულით გამოითვლება – , ასტროფიზიკოსებისთვის უფრო მოსახერხებელია – , სადაც M – მზის მასაა.). ( შავი ხვრელი ყველასათვის გასაგებ ენაზე).

 რა ხდება ჰორიზონტზე?

 ჰორიზონტის გადაკვეთისას განსაკუთრებულს ვერაფერს შევამჩნვდით. აინშტაინის ექვივალენტობის პრინციპიდან გამომდინარე, ბრტყელ სივრცეში აჩქარებასა და გრავიტაციულ ველს შორის, რომელიც სივრცეს ამრუდებს, განსხვავების შემჩნევა შეუძლებელია. რაც შეეხება დამკვირვებელს, რომელიც ხვრელში ვარდნილ ობიექტს უყურებს, შეამჩნევს, რომ მოვლენათა ჰორიზონტთან მიახლოებასთან ერთდ, ვარდნა სულ უფრო ნელდება. თითქოს დრო იქ უფრო ნელა მიედინება, ვიდრე ჰორიზონტიდან შორს.

 შევძლებთ თუ არა ჰორიზონტის გადალახვას, გრავიტაციული ველის მოქცევითი ზემოქმედების ძალაზეა დამოკიდებული. ამ ძალის მნიშვნელობა ჰორიზონტთან, შავი ხვრელის მასის კვადრატის უკუპროპორციულია. ეს იმას ნიშნავს, რომ რაც ურო დიდი და მასიურია ხვრელი, მით უფრო მცირეა ეს ძალა. მაგალითად, ზემასიური შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტის გადაკვეთას მანამდე მოვახდენდით, სანამ შევამჩნევდით, რომ რაღაც ხდება. ეს რაღაც გაწელვაა, რომელსაც ფიზიკოსები ”სპაგეტიფიკაციას” უწოდებენ.

ირმის ნახტომის ცენტრალური ზემასიური შავი ხვრელის სამგანზომილებიანი მოდელი.

 რა არის შავი ხვრელის შიგნით?

 ეს, არავინ იცის. ფარდობითობის ზოგადი თეორიის (ფზთ) მიხედვით, შავი ხვრელის შიგნით არის სინგულარობა (უცნაური სინგულარობა), ადგილი, სადაც გრავიტაციული ძალა უსასრულოდ ძლიერი ხდება და ჰორიზონტს შიგნით მხოლოდ სინგულარობაში მოხვედრაა შესაძლებელი და არსად სხვაგან. აქ ფარდობითობის ზოგადი თეორია უკვე აღარ გამოგვადგება. იმის სათქმელად, თუ რა ხდება შავი ხვრელის შიგნით, კვანტური გრავიტაციის თეორიაა საჭირო, რომელიც ახლაც არ არის შემუშავებული. მეცნიერთა თქმით, ეს თეორია სინგულარობას სხვა რამით შეცვლის.

 როგორ ჩნდება შავი ხვრელი?

 დღევანდელი დღისთვის, შავი ხვრელის წარმოქმნის ოთხი ვარიანტია ცნობილი. მასიური ვარსკვლავის ევოლუციის ბოლოს, მის წიაღში მიმდინარე თერმობირთვული სინთეზი (შრწყმა)  წყდება, რადგან ყველაფერი, რაც შეიძლებოდა სინთეზირებულიყო (სხვადასხვა ქიმ. ელემენტები რკინის ჩათვლით), უკვე სინთეზირებულია (ბირთვული დაშლა და სინთეზი). შესაბამისად, ცენტრიდან გარეთ მიმართული წნევაც გაქრება, ვარსკვლავის გარე ფენები ცენტრისკენ იწყებს ცვენას და სულ უფრო და უფრო მკვრივი ხდება. საბოლოოდ, ის ისე მკვრივდება, რომ დაპატარავებული ვარსკვლავის ზედაპირთან წარმოქმნილი გრავიტაციული დაძლეvა გამოსხივებასაც კი არ შეუძლია: ასე იბადება სამყაროში ყველაზე უფრო მეტად გავრცელებული ტიპის, ე.წ. მზის მასის შავი ხვრელი.

 ზემასიური შავი ხვრელების სამყოფელი გალაქტიკათა ბირთვებია. მათი მასა მილიარდობითჯერ აჭარბებს მზიური მასების მქონე ხვრელების მასას. მათი წარმოქნის ზუსტი მექანიზმი ჯერ ისევ გაურკვეველი რჩება. ითვლება, რომ ისინიც ვარსკვლავების კოლაფსით ჩნდებიან და მატერიითა და ვარსკვლავებით სავსე გალაქტიკურ ბირთვებში მეტი მატერიის შთანთქმას ახერხებენ. როგორც გაირკვა, შთანთქმის პროცესი გაცილებით სწრაფად მიმდინარეობს, ვიდრე ეს მარტივი თეორია ვარაუდობს. კონკრეტულად როგორ, ისევ კვლევის საგნად რჩება.

 ყველაზე უფრო საკამათოა იდეა პირველადი შავი ხვრელების შესახებ, რომლებიც ნებისმიერი მასით შეიძლებოდა გაჩენილიყო ახალგაზრდა სამყაროს სიმკვრივის ფლუქტუაციაში. ეს დასაშვებია, თუმცა არ არსებობს მოდელი, რომელიც გადაჭარბებული რაოდენობით გაჩენას არ იწინასწარმეტყველებდა.

 და ბოლოს, ჰიგსის ბოზონის მასის მქონე მიკროსკოპული შავი ხვრელები, რომლებიც დიდ ადრონულ კოლაიდერში შეიძლება გაჩნდეს (კოლაიდერში შავი ხვრელები ისევ არ გამოჩენილა). ეს მაშინ იქნება შესაძლებელი, თუ ჩვენს სამყაროს დამატებითი განზომილებებიც აქვს. ჯერჯერობით, ამ თეორიის სასარგებლოდ არანაირი მტკიცებულება არ არის მიღებული.

 საიდან ვიცით, რომ შავი ხვრელები ნამდვილად არსებობს?

ვარსკვლავებისა და გაზის ღრუბლების მოძრაობა ჩვენი გალაქტიკის ცენტრალური ზემასიური შავი ხვრელის გარშემო.

 დამზერებით მიღებული ძალიან ბევრი მტკიცებულება არსებობს იმისა, რომ კომპაქტური ზომისა და უზარამაზრი მასის ობიექტები მართლაც არსებობს, რომლებიც არ ასხივებენ სინათლეს. ისნი თავიანთ თავს გრავიტაციით ამჟღავნებენ, მათთან ახლოს მოხვედრილ ვარსკვლავებზე თუ გაზ-მტვროვან ღრუბლებზე ზემოქმედებით, ე.წ. გრავიტაციული ლინზების წარმოქმნით. ცნობილია, რომ ამ ობიექტებს არ აქვს მყარი ზედაპირი, რადგან ასეთი ზედაპირის მქონე სხეულზე დაცემული მატერიისგან უამრავი ნაწილაკი უნდა გამოიფრქვეს, ვიდრე მატერიისგან, რომელიც მოვლენათა ჰორიზონტს კვეთს (პირველად აღმოჩენილი შავი ხვრელი ნამდვილად არსებობს).

 რატომ თქვა ჰოკინგმა, რომ შავი ხვრელი არ არსებობს?

 ის გულისხმობდა, რომ შავ ხვრელებს არ შეიძლება ჰქონდეს მარადიული მოვლენათა ჰორიზონტი, მხოლოდ დროებითი (იხილეთ პირველი პუნქტი), მოჩვენებითი ჰორიზონტი, რადგან თვით ჰორიზონტია შავი ხვრელი.

 შავი ხვრელის გამოსხივება

 შვი ხვრელის გამოსხივება კვანტური ეფექტების ხარჯზე წარმოიქმნება. აღსანიშანვია, რომ ეს არის ნივთიერების კვანტური ეფექტები და არა გრავიტაციის. კოლაფსირებადი (შეკუმშვა) შავი ხვრელის დინამიური დრო-სივრცე, თვით ნაწილაკის განსაზღვრებას ცვლის. დროის დინების მსგავსად, რომელიც შავ ხვრელთან ახლოს მრუდდება, წარმოდგენა ნაწილაკების შესახებ დამკვირვებელზე დამოკიდებული ხდება. კერძოდ, ხვრელში ვარდნილ დამკვირვებელს ჰგონია, რომ ვაკუუმში ვარდება, ხოლო შორს მყოფი დამკვირვებელი ჩათვლის, რომ ეს არა ვაკუუმია, არამედ ნაწილაკებით სავსე სივრცე. სწორედ დრო-სივრცის გაწელვა იწვევს ამ ეფექტს.

 თეორიულად, შავი ხვრელის გამოსხივება სთივენ ჰოკინგმა აღმოაჩინა. ამ გამოსხივების ტემპერატურა, შავი ხვრელის მასასთან უკუპროპორციულ დამოკიდებულებაშია: რაც უფრო პატარაა, მით მეტია ტემპერატურა. მზიური და ზემასიური მასების შავი ხვრელების გამოსხივება, რელიქტურ გამოსხივებაზე (დიდი აფეთქების ექოს ნარჩენი) მცირეა და არ დაიმზირება.

 რა არის ინფორმაციული პარადოქსი?

 ჰოკინგის გამოსხივება არანაირ ინფორმაციას არ შეიცავს იმის შესახე, თუ როგორ ფორმირდებოდა შავი ხვრელი. უშვებს რა გამოსხივებას, შავი ხვრელი მასას კარგავს და პატარავდება. ეს ყველაფერი იმ ნივთიერებებზე არ არის დამოკიდებული, რომლებიც ხვრელის ნაწილი გახდა ან რომლისგანაც ის წარმოიქმნა. გამოდის, რომ მხოლოდ ამ აორთქლების მდგომარეობის ცოდნით ვერ ვიტყვით, რისგან გაჩნდა შავი ხვრელი. ეს ”შეუქცევადი” პროცესია, კვანტურ მექანიკაში კი ასეთი პროცესი არ არსებობს. გამოსავალი ერთია, ჰოკინგის გამოსხივება რაღაცნაირად ინფორმაციის მატარებელი უნდა გავხადოთ.

 ინფორმაცია, შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტზე შეიძლება ინახებოდეს და ჰოკინგის გამოსხივების ნაწილაკთა მცირე წანაცვლებები უნდა გამოიწვიოს. მეცნიერები ამ პროცესების დეტალურად შესწავლასა და ტექნიკურად სრულყოფილი დოკუმენტის დადებას, იდეის ავტორებისგან სთივენ ჰოკინგისგან, მალქოლმ პერისა და ენდრიუ სთრომინჯერისგან ითხოვენ. ამბობენ, რომ ეს დოკუმენტი სექტემბრის ბოლოს გამოჩნდება (შავი ხვრელი: მეხსიერების მოწყობილობა).

 ამ ეტაპზე, დარწმუნებით შეგვიძლია ვთქვათ, რომ შავი ხვრელები ნადმვილად არსებობს, ვიცით სად, როგორ წარმოიქმნება და რა დარჩება (რა დარჩება აორთქლებული შავი ხვრელის ადგილზე?), ხოლო რა ემართება შავ ხვრელში მოხვედრილ ინფორმაციას, სამყაროს ერთ-ერთ ყველაზე დიდ საიდუმლოდ რჩება.