Заманбап илимпоздор үчүн кара тешик биздин ааламдагы эң сырдуу кубулуштардын бири. Мындай объектилерди изилдөө кыйын, аларды "тажрыйба менен" сынап көрүү мүмкүн эмес. Кара тешиктин затынын массасы, тыгыздыгы, бул объекттин пайда болуу процесстери, өлчөмдөрү - мунун баары адистердин кызыгуусун туудурат, кээде - таң калыштуу. Келгиле, теманы кененирээк карап көрөлү. Алгач мындай объект эмне экенин талдап көрөлү.
Жалпы маалымат
Космостук объекттин укмуштуудай өзгөчөлүгү – бул кичинекей радиустун, кара тешиктердин жогорку тыгыздыгынын жана укмуштуудай чоң массанын айкалышы. Мындай объекттин бардык белгилүү физикалык касиеттери илимпоздор үчүн кызыктай көрүнөт, көбүнчө түшүнүксүз. Мындай кубулуштардын өзгөчөлүгүнө эң тажрыйбалуу астрофизиктер дагы таң калышат. Окумуштууларга кара тешикти аныктоого мүмкүндүк берген негизги өзгөчөлүк - бул окуянын горизонту, башкача айтканда, чек араэч нерсе кайтып келбейт, анын ичинде жарык. Эгерде зона биротоло бөлүнсө, бөлүү чек арасы окуя горизонту катары белгиленет. Убактылуу бөлүнүү менен, көрүнөө горизонттун болушу белгиленет. Кээде убактылуу өтө бош түшүнүк болуп саналат, башкача айтканда, аймак ааламдын учурдагы жашынан ашкан бир мезгилге бөлүнүшү мүмкүн. Эгерде узак убакыт бою көрүнгөн горизонт бар болсо, аны окуя горизонтунан айырмалоо кыйын.
Көп жагынан кара тешиктин касиеттери, аны түзгөн заттын тыгыздыгы биздин дүйнөлүк мыйзамдарда иштеген башка физикалык сапаттарга байланыштуу. Сфералык симметриялуу кара тешиктин окуя горизонту диаметри анын массасы менен аныкталган сфера. Канчалык көп масса ичкери тартса, тешик ошончолук чоңураак болот. Бирок ал жылдыздардын фонунда таң калыштуу түрдө кичинекей бойдон калууда, анткени тартылуу басымы ичиндеги нерселердин баарын кысып турат. Эгерде биз массасы биздин планетага туура келген тешикти элестетсек, анда мындай нерсенин радиусу бир нече миллиметрден ашпайт, башкача айтканда, ал жерден он миллиардга аз болот. Радиус Эйнштейндин жалпы салыштырмалуулук теориясынын чечими катары кара тешиктерди биринчи жолу чыгарган окумуштуу Шварцшильддин урматына аталган.
Жана ичиндеби?
Мындай нерсеге кирип алган адам өзүнөн чоң тыгыздыкты байкай албайт. Кара тешиктин касиеттери эмне болоруна ишенүү үчүн жакшы түшүнүлгөн эмес, бирок илимпоздор горизонтту кесип өткөндө өзгөчө эч нерсе ачылбайт деп эсептешет. Бул эквиваленттүү Эйнштейн менен түшүндүрүлөтгоризонттун ийрилигин түзгөн талаа жана тегиздикке мүнөздүү ылдамдануу байкоочу үчүн эмне үчүн айырмаланбагандыгын түшүндүрүүчү принцип. Алыстан өтүү процессине көз салганда, бул жерде убакыт жай өтүп жаткандай объект горизонтко жакын жерде жайлай баштаганын көрүүгө болот. Бир канча убакыттан кийин объект горизонттон өтүп, Шварцшильд радиусуна түшөт.
Кара тешиктеги заттын тыгыздыгы, нерсенин массасы, анын өлчөмдөрү жана толкун күчтөрү жана тартылуу талаасы бири-бири менен тыгыз байланышта. Радиус канчалык чоң болсо, тыгыздыгы ошончолук төмөн болот. Радиус салмагы менен көбөйөт. Толкундук күчтөр квадраттык салмакка тескери пропорционалдуу, башкача айтканда, өлчөмдөр чоңоюп, тыгыздык азайган сайын объекттин толкун күчтөрү азаят. Эгер объекттин массасы өтө чоң болсо, бул чындыкты байкаганга чейин горизонтту жеңүүгө болот. Жалпы салыштырмалуулук теориясынын алгачкы күндөрүндө горизонтто өзгөчөлүк бар деп ишенишкен, бирок андай эмес болуп чыкты.
Тығыздык жөнүндө
Изилдөөлөр көрсөткөндөй, кара тешиктин тыгыздыгы массасына жараша азыраак же көп болушу мүмкүн. Ар кандай объекттер үчүн бул көрсөткүч өзгөрөт, бирок радиустун өсүшү менен ар дайым азаят. Материалдын топтолушуна байланыштуу экстенсивдүү түрдө пайда болгон супермассивдүү тешиктер пайда болушу мүмкүн. Орточо алганда, массасы биздин системадагы бир нече миллиард лампалардын жалпы массасына туура келген мындай объекттердин тыгыздыгы суунун тыгыздыгынан азыраак. Кээде газдын тыгыздыгынын деңгээлине салыштырууга болот. Бул объекттин толкун күчү байкоочу горизонтту кесип өткөндөн кийин эле иштетилетокуялар. Гипотетикалык изилдөөчү горизонтко жакындаганда эч кандай зыян тартпайт жана диск плазмасынан коргоону тапса, миңдеген километрге кулап түшмөк. Байкоочу артына карабаса, горизонттун өтүп кеткенин байкабайт, башын бурса, балким, горизонтто тоңуп калган жарык нурларын көрөт. Байкоочу үчүн убакыт өтө жай өтөт, ал көз жумганга чейин тешиктин жанындагы окуяларга көз салып турат - же ага же Ааламга.
Өтө чоң кара тешиктин тыгыздыгын аныктоо үчүн анын массасын билүү керек. Бул чоңдуктун маанисин жана космостук объектке мүнөздүү Шварцшильд көлөмүн табыңыз. Орто эсеп менен алганда, мындай көрсөткүч, астрофизиктердин айтымында, өзгөчө аз. учурлардын таасирдүү пайызында, ал абанын тыгыздыгынын деъгээлинен аз. Бул көрүнүш төмөнкүчө түшүндүрүлөт. Шварцшильд радиусу салмакка түздөн-түз байланыштуу, ал эми тыгыздык көлөмгө тескери байланыштуу, демек Шварцшильд радиусу. Көлөмү куб радиусуна түздөн-түз байланыштуу. Масса сызыктуу көбөйөт. Демек, көлөмү салмакка караганда ылдамыраак өсүп, орточо тыгыздык кичирейет, изилденип жаткан объекттин радиусу ошончолук чоңураак болот.
Билгенге кызык
Тешикке мүнөздүү толкун күчү тартылуу күчүнүн градиенти болуп саналат, ал горизонтто абдан чоң, ошондуктан бул жерден фотондор да чыга албайт. Ошол эле учурда, параметрдин жогорулашы бир калыпта ишке ашат, бул байкоочуга өзүнө коркунуч жок горизонтту басып өтүүгө мүмкүндүк берет.
Кара тешиктин тыгыздыгын изилдөөобъектинин борбору дагы эле салыштырмалуу чектелген. Астрофизиктер борбордук сингулярдуулук канчалык жакын болсо, тыгыздыктын деңгээли ошончолук жогору болоорун аныкташкан. Мурда айтылган эсептөө механизми эмне болуп жаткандыгы жөнүндө өтө орточо түшүнүк алууга мүмкүндүк берет.
Окумуштуулардын тешикте эмне болуп жатканы, анын түзүлүшү тууралуу ойлору өтө чектелүү. Астрофизиктердин пикири боюнча, тешиктеги тыгыздыктын бөлүштүрүлүшү сырттан байкоочу үчүн, жок эле дегенде, азыркы деңгээлде анча деле маанилүү эмес. Гравитациянын, салмактын көбүрөөк маалыматтык спецификациясы. Массасы канчалык чоң болсо, борбор, горизонт ошончолук күчтүү болот, бири-биринен бөлүнөт. Мындай божомолдор да бар: горизонттун аркы жагында зат негизи жок, аны объекттин тереңдигинен гана аныктоого болот.
Белгилүү сандар барбы?
Окумуштуулар кара тешиктин тыгыздыгы жөнүндө көптөн бери ойлонуп келишкен. Белгилүү изилдөөлөр жүргүзүлдү, эсептөө аракеттери көрүлдү. Мына алардын бири.
Күндүн массасы 210^30 кг. Күндөн бир нече эсе чоң нерсенин ордунда тешик пайда болушу мүмкүн. Эң жеңил тешиктин тыгыздыгы орточо эсеп менен 10^18 кг/м3 деп бааланат. Бул атомдун ядросунун тыгыздыгынан жогору болгон чоңдук тартиби. Нейтрон жылдызынын орточо тыгыздык деңгээлинен болжол менен бирдей айырма.
Өлчөмдөрү субядролук бөлүкчөлөргө туура келген өтө жеңил тешиктердин болушу мүмкүн. Мындай объекттер үчүн тыгыздык индекси өтө чоң болот.
Эгер биздин планета тешик болуп калса, анын тыгыздыгы болжол менен 210^30 кг/м3 болот. Бирок, окумуштуулар кыла алган жокБиздин космостук үйүбүз кара тешикке айланышы мүмкүн болгон процесстерди ачып бериңиз.
Сандар тууралуу кененирээк
Саманчынын жолунун борборундагы кара тешиктин тыгыздыгы 1,1 миллион кг/м3 деп бааланган. Бул объектинин массасы 4 миллион күн массасына туура келет. Тешиктин радиусу 12 миллион кмге бааланууда. Саманчынын жолунун борборундагы кара тешиктин көрсөтүлгөн тыгыздыгы супермассивдүү тешиктердин физикалык параметрлери жөнүндө түшүнүк берет.
Эгерде кандайдыр бир объекттин салмагы 10^38 кг болсо, башкача айтканда, болжол менен 100 миллион Күн деп эсептелсе, анда астрономиялык объекттин тыгыздыгы биздин планетада табылган граниттин тыгыздык деңгээлине туура келет.
Азыркы астрофизиктерге белгилүү болгон бардык тешиктердин ичинен эң оор тешиктердин бири OJ 287 квазарында табылган. Анын салмагы биздин системанын 18 миллиард лампаларына туура келет. Кара тешиктин тыгыздыгы канча экенин окумуштуулар эч кыйынчылыксыз эсептеп чыгышты. Наркы өтө аз болуп чыкты. Бул болгону 60 г/м3. Салыштыруу үчүн: биздин планетанын атмосфералык абасынын тыгыздыгы 1,29 мг/м3.
Тешиктер кайдан чыгат?
Окумуштуулар биздин системанын жылдызына же башка космостук телолорго салыштырмалуу кара тешиктин тыгыздыгын аныктоо үчүн изилдөөлөрдү гана жүргүзбөстөн, тешиктер кайдан пайда болоорун, мындай тешиктердин пайда болуу механизмдери кандай экенин аныктоого да аракет кылышкан. сырдуу объектилер. Азыр тешиктердин пайда болушунун төрт жолу идеясы бар. Эң түшүнүктүү вариант - жылдыздын кулашы. Чоң болгондо ядродогу синтез бүтөт.басым жоголот, зат тартылуу борборуна түшөт, ошондуктан тешик пайда болот. Борборго жакындаган сайын тыгыздык көбөйөт. Эртеби-кечпи, индикатор ушунчалык маанилүү болуп, сырткы объекттер тартылуу күчүн жеңе албай калат. Ушул учурдан тартып жаңы тешик пайда болот. Бул түрү башкаларга караганда кеңири таралган жана күн массасынын тешиктери деп аталат.
Тешиктин дагы бир кеңири таралган түрү - бул супермассивдүү. Булар көбүнчө галактикалык борборлордо байкалат. Жогоруда сүрөттөлгөн күн массасынын тешигине салыштырмалуу объекттин массасы миллиарддаган эсе чоң. Окумуштуулар мындай объекттердин көрүнүшү процесстерин азырынча аныктай элек. Жогоруда айтылган механизм боюнча алгач тешик пайда болот, андан кийин кошуна жылдыздар сиңип, өсүүгө алып келет деп болжолдонууда. Бул галактиканын зонасы жыш отурукташкан болсо мүмкүн. Заттын жутулушу жогорудагы схема түшүндүргөндөн тезирээк ишке ашат жана илимпоздор сиңирүү кандай болорун биле алышпайт.
Божомолдор жана идеялар
Астрофизиктер үчүн өтө татаал тема бул алгачкы тешиктер. Мындай, кыязы, ар кандай массадан пайда болот. Алар чоң термелүүлөрдө пайда болушу мүмкүн. Балким, мындай тешиктердин пайда болушу Ааламдын башталышында болгон. Азырынча кара тешиктердин сапаттарына, өзгөчөлүктөрүнө (анын ичинде тыгыздыгына), алардын пайда болуу процесстерине арналган изилдөөлөр баштапкы тешиктин пайда болуу процессин так чагылдырган моделди аныктоого мүмкүндүк бербейт. Учурда белгилүү болгон моделдер негизинен, эгерде алар иш жүзүндө ишке ашырылган болсо,өтө көп тешиктер болмок.
Чоң адрон коллайдери массасы Хиггс бозонуна туура келген тешиктин пайда болуу булагы болуп калышы мүмкүн деп ойлойлу. Демек, кара тешиктин тыгыздыгы абдан чоң болот. Мындай теория ырасталса, кошумча өлчөмдөрдүн бар экендигине кыйыр далил катары каралышы мүмкүн. Учурда бул спекуляциялык корутунду азырынча тастыктала элек.
Тешиктен чыккан радиация
Тешиктин эмиссиясы заттын кванттык эффекттери менен түшүндүрүлөт. Космос динамикалык, ошондуктан бул жердеги бөлүкчөлөр биз көнүп калгандан таптакыр башкача. тешиктин жанында, бир гана убакыт бурмаланган эмес; бөлүкчөлөрдү түшүнүү көбүнчө аны ким байкаганынан көз каранды. Эгер кимдир бирөө тешикке түшүп кетсе, ага ал вакуумга кирип бараткандай сезилет, ал эми алыскы байкоочу үчүн бөлүкчөлөргө толгон зонага окшош. Эффект убакыттын жана мейкиндиктин созулушу менен түшүндүрүлөт. Тешиктен чыккан радиацияны алгач Хокинг аныктап, анын атын феноменге берген. Радиация массага тескери байланыштуу болгон температурага ээ. Астрономиялык объекттин салмагы канчалык төмөн болсо, температура ошончолук жогору болот (ошондой эле кара тешиктин тыгыздыгы). Эгерде тешик супермассивдуу болсо же массасы жылдызга тете болсо, анын нурлануусунун мүнөздүү температурасы микротолкундуу фондон төмөн болот. Ушундан улам аны байкоого мүмкүн эмес.
Бул нурлануу маалыматтын жоголушун түшүндүрөт. Бул бир өзгөчө сапатка ээ болгон жылуулук кубулушунун аталышы - температура. Изилдөө аркылуу тешиктердин пайда болуу процесстери жөнүндө маалымат жок, бирок мындай нурланууну чыгарган объект бир эле учурда массасын жоготот (ошондуктан чоңоёт)кара тешиктин тыгыздыгы) азаят. Процесс тешик пайда болгон зат менен аныкталбайт, кийинчерээк ага соруп алган нерсеге көз каранды эмес. Окумуштуулар тешиктин негизи эмне болуп калганын айта алышпайт. Андан тышкары, изилдөөлөр нурлануунун кайра кайтарылгыс процесс экенин көрсөттү, башкача айтканда, кванттык механикада жөн эле болушу мүмкүн эмес. Бул нурланууну кванттык теория менен айкалыштыруу мүмкүн эмес дегенди билдирет жана дал келбестик бул багыттагы мындан аркы иштерди талап кылат. Окумуштуулар Хокингдин нурлануусу маалыматты камтышы керек деп ишенишкени менен, бизде аны аныктоого каражат, мүмкүнчүлүктөр азырынча жок.
Кызык: нейтрон жылдыздары жөнүндө
Эгер супергигант бар болсо, бул мындай астрономиялык дене түбөлүктүү дегенди билдирбейт. Убакыттын өтүшү менен, ал өзгөрөт, сырткы катмарларды жок кылат. Калдыктардан ак эргежээлдер чыгышы мүмкүн. Экинчи вариант - нейтрон жылдыздары. Өзгөчө процесстер баштапкы дененин ядролук массасы менен аныкталат. Эгерде ал 1,4-3 күндүн ичинде эсептелсе, анда супергиганттын бузулушу өтө жогорку басым менен коштолот, анын натыйжасында электрондор протондорго кысылып калат. Бул нейтрондордун пайда болушуна, нейтринолордун эмиссиясына алып келет. Физикада бул нейтрондун бузулуучу газы деп аталат. Анын басымы жылдыз мындан ары жыйрыла албай тургандай.
Бирок, изилдөөлөр көрсөткөндөй, бардык нейтрон жылдыздары ушундай жол менен пайда болгон эмес. Алардын айрымдары экинчи суперновадай жарылып кеткен чоңдордун калдыктары.
Томдун денесинин радиусумассасынан азыраак. Көпчүлүк үчүн, ал 10-100 км ортосунда өзгөрөт. Кара тешиктердин, нейтрон жылдыздарынын тыгыздыгын аныктоо боюнча изилдөөлөр жүргүзүлдү. Экинчиси үчүн, сыноолор көрсөткөндөй, параметр атомдукка салыштырмалуу жакын. Астрофизиктер койгон конкреттүү сандар: 10^10 г/см3.
Билгенге кызык: теория жана практика
Нейтрон жылдыздары өткөн кылымдын 60-70-жылдары теориялык жактан болжолдонгон. Пульсарлар биринчилерден болуп табылган. Бул кичинекей жылдыздар, алардын айлануу ылдамдыгы абдан жогору жана магнит талаасы чындап эле чоң. Пульсар бул параметрлерди баштапкы жылдыздан алат деп болжолдонууда. Айлануу мезгили миллисекунддан бир нече секундага чейин өзгөрөт. Биринчи белгилүү пульсарлар мезгил-мезгили менен радио чыгаруучу. Бүгүнкү күндө рентгендик спектрдин нурлануусу, гамма нурлануусу бар пульсарлар белгилүү.
Сүрөттөлгөн нейтрон жылдызынын пайда болуу процесси улана берет - аны эч нерсе токтото албайт. Эгерде ядролук масса үч күндөн ашык күн массасын түзсө, анда чекиттик дене абдан компакттуу, ал тешиктер деп аталат. Массасы критикалыкдан чоңураак кара тешиктин касиеттерин аныктоо мүмкүн болбой калат. Эгер Хокингдин нурлануусунан улам массанын бир бөлүгү жоголсо, радиус бир эле учурда азаят, демек, салмактын мааниси кайрадан бул объект үчүн критикалык мааниден азыраак болот.
Тешик өлүшү мүмкүнбү?
Окумуштуулар бөлүкчөлөрдүн жана антибөлүкчөлөрдүн катышуусуна байланыштуу процесстердин бар экендиги жөнүндө божомолдорду айтышкан. Элементтердин термелүүсү бош мейкиндиктин мүнөздөлүшүнө алып келиши мүмкүннөл энергия деңгээли, ал (бул жерде парадокс!) нөлгө барабар болбойт. Ошол эле учурда, денеге мүнөздүү болгон окуя горизонту абсолюттук кара денеге мүнөздүү аз энергиялуу спектрди алат. Мындай нурлануу массалык жоготууга алып келет. Горизонт бир аз кичирейет. Бир бөлүкчөнүн эки жуп жана анын антагонисти бар дейли. Бир жуптан бөлүкчөнүн, экинчи түгөйдөн анын антагонистинин аннигиляциясы бар. Натыйжада тешиктен учуп чыккан фотондор бар. Сунушталган бөлүкчөлөрдүн экинчи түгөйү тешикке түшүп, бир эле учурда кандайдыр бир массаны, энергияны сиңирип алат. Акырындык менен бул кара тешиктин өлүмүнө алып келет.
Корутунду катары
Айрымдардын пикири боюнча, кара тешик космостук чаң соргучтун бир түрү. Тешик жылдызды жута алат, ал тургай галактиканы да "жеп" алат. Көп жагынан тешиктин сапаттарын, ошондой эле анын пайда болуу өзгөчөлүктөрүн түшүндүрүүнү салыштырмалуулук теориясынан табууга болот. Андан убакыттын мейкиндик сыяктуу эле үзгүлтүксүз экендиги белгилүү. Бул кысуу процесстерин эмне үчүн токтотууга болбостугун түшүндүрөт, алар чексиз жана чексиз.
Бул астрофизиктер он жылдан ашык убакыттан бери мээсин тырышып жаткан бул сырдуу кара тешиктер.
