Juodosios skylės - pasaulių ir žvaigždžių valgytojos, dešimtmečius žavinčios mokslininkus ir visuomenę. Bet kas jos yra iš tikrųjų? Išsiaiškinkime.

Juodosios skylės, pats terminas sukelia gyvenimo pabaigos, visatos ir visko, ką mes kada nors žinojome, vaizdus.

Bet ar tai tiesa? Ar reikia bijoti juodųjų skylių? O gal yra ką nors švęsti ir kuo žavėtis? Pažvelkime į vieną iš labiausiai neteisingai suprastų visatos reiškinių.

Kas tiksliai yra juodoji skylė?

Pirmas kritinis dalykas, į kurį reikia atkreipti dėmesį kalbant apie juodąsias skyles, yra nebūti suklaidintiems pavadinimo. Juodosios skylės nėra tuščia erdvė ar kažkas nieko.

Priešingai, juodosiose skylėse yra daug materijos, suspaustos labai mažoje erdvėje. Įsivaizduokite tipišką juodąją skylę, 10 kartų masyvesnę už mūsų Saulę, įspraustą į Niujorko dydžio sferą! Tai daug dalykų santykinai mažame „konteineryje“.

Šios masės suspaudimas į mažą erdvę labai paveikia aplinkinius objektus. Pavyzdžiui, dėl to, kad juodoji skylė sukuria tokią galingą gravitacijos jėgą, nuo jos net šviesa negali pabėgti.

Ilgą laiką fizikai manė, kad erdvėje gali būti objektas, toks tankus, kad net šviesa negalėtų ištrūkti. Tam apibrėžti atsirado garsioji teorija.

Einšteino bendroji reliatyvumo teorija, įrodanti, kad mirus tam tikro dydžio didelei žvaigždei, ji palieka mažą tankią šerdies liekaną, labiausiai žinoma ir dėl to, kad ja remiantis sprendžiama apie juodųjų skylių egzistavimą.

Šios lygtys rodo, kad jei žvaigždės masė yra maždaug tris kartus didesnė už Saulės masę, gravitacijos jėga bus didesnė už visas kitas jėgas ir sukurs juodąją skylę.

Juodosios skylės yra nematomos teleskopams, ieškantiems šviesos, rentgeno spindulių ar kitokio pobūdžio elektromagnetinės spinduliuotės – dėl tų pačių priežasčių, paaiškintų aukščiau. 

Tačiau stebėdami, kaip juodosios skylės veikia netoliese esančią medžiagą, galime daryti išvadą apie juodųjų skylių egzistavimą ir jas ištirti. Pavyzdžiui, juodoji skylė sukaups materiją arba trauks ją į vidų, jei ji praeis pro tarpžvaigždinės medžiagos debesį.

Įprasta žvaigždė gali patirti panašų elgesį artėjant prie juodosios skylės. Esant tokiai situacijai, kai žvaigždė traukiama link juodosios skylės, ji gali suskilti. Susidariusi įkaitusi ir pagreitinta medžiaga pritraukia materiją, skleisdama rentgeno spindulius į erdvę, kai ji greitėja ir įšyla. Naujausi atradimai pateikia įspūdingų įrodymų, kad juodosios skylės gali smarkiai paveikti jas supančius plotus.

Priklausomai nuo to, kur jos yra, jos gali skleisti intensyvius gama spindulių pliūpsnius, praryti kaimynines žvaigždes ir paskatinti arba trukdyti gimti naujoms žvaigždėms.

Kiek yra juodųjų skylių rūšių?

Kiek mokslininkams pavyko išsiaiškinti, yra trys pagrindiniai juodųjų skylių tipai.

Pirmosios ir mįslingiausios yra vadinamos žvaigždžių juodosiomis skylėmis. Tai yra mažiausios juodosios skylės, bet tai nereiškia, kad jos yra gerybinės.

Kaip rodo pavadinimas, jos susidaro, kai žvaigždė, išnaudojusi visą kurą, griūva arba kolapsuoja į save.

Naujasis mažesnių žvaigždžių branduolys (tų, kurių masė maždaug tris kartus didesnė nei Saulės masė), ilgainiui virs neutronine žvaigžde arba baltąja nykštuke. Tačiau kai didesnė žvaigždė suyra, ji vis mažės ir mažės (darysis vis tankesnė), kol susidarys žvaigždžių juodoji skylė.

Juodosios skylės, susidarančios žlugus atskiroms žvaigždėms, yra palyginti mažos, bet nepaprastai tankios. Vieno iš šių objektų skersmuo gali būti maždaug miesto dydžio, tačiau jo masė yra daugiau nei tris kartus didesnė už Saulės masę. Dėl to gravitacinis potraukis šalia esantiems daiktams yra itin stiprus. Žvaigždžių juodosios skylės iš aplinkinių galaktikų vėliau praryja dulkes ir dujas, kurios neleidžia joms susitraukti.

Kita rūšis, turbūt pati garsiausia, yra supermasyvios juodosios skylės.

Nors kosmose yra daug mažų juodųjų skylių, vyrauja supermasyvios juodosios skylės. 

Jos yra milijonus ar net milijardus kartų masyvesnės už Saulę, o šių milžiniškų juodųjų skylių skersmuo yra maždaug toks pat. Yra hipotezė, kad tokios juodosios skylės yra beveik kiekvienos galaktikos, įskaitant Paukščių Taką, šerdyje.

Tokių masyvių juodųjų skylių kilmė mokslininkams iš esmės lieka paslaptis. Susiformavę šie milžinai ir toliau didėja, sugerdami masę iš juos supančių dujų ir dulkių, kurių gausu galaktikų šerdyje.

Gali būti, kad šimtai ar tūkstančiai mikroskopinių juodųjų skylių gali susijungti ir sudaryti supermasyvias juodąsias skyles. Dėl to gali būti kalti dideli dujų debesys, kurie susiduria ir greitai kaupia masę.

Griūvantis žvaigždžių spiečius arba vienu metu griūvančių žvaigždžių rinkinys yra trečia galimybė. Galiausiai, didžiulės tamsiosios medžiagos kolekcijos gali sukelti supermasyvias juodąsias skyles. Mes galime tiesiogiai aptikti šią medžiagą pagal jos gravitacinę trauką kitiems dalykams, bet negalime tiesiogiai stebėti tamsiosios medžiagos; taigi mes nežinome, iš ko jos pagamintos.

Trečiasis ir paskutinis pirminės juodosios skylės tipas yra vidutinė arba vidutinio dydžio juodoji skylė.

Tyrimai parodė, kad tikriausiai egzistuoja vidutinio dydžio arba vidutinės juodosios skylės (IMBH). Anksčiau mokslininkai manė, kad juodosios skylės atsiranda tik mažų ir didelių dydžių.

Tokie IMBH subjektai gali išsivystyti dėl pasikartojančių žvaigždžių susidūrimų spiečiuje, tam tikros grandininės reakcijos būdu. Jei toje pačioje srityje atsiranda per daug šių IMBH, jie galiausiai gali susidurti ir galaktikos centre susidaryti supermasyvi juodoji skylė.

2014 m. spiralinės galaktikos rankose mokslininkai atrado, atrodytų, vidutinės masės juodąją skylę. O 2021 m. mokslininkai pasinaudojo senu gama spindulių pliūpsniu, kad ją surastų.

2018 metais atliktas tyrimas nustatė galimą šių IMBH vietą – nykštukinių galaktikų (arba labai mažų galaktikų) centrą. Rentgeno spindulių aktyvumas, būdingas juodosioms skylėms, buvo aptiktas stebint 10 tokių galaktikų, iš kurių penkios iki šio naujausio tyrimo mokslui anksčiau nebuvo žinomos.

Tai rodo, kad egzistuoja juodosios skylės, kurių masė svyruoja nuo 36 000 iki 316 000 saulės masių. Sloan Digital Sky Survey, tiriantis apie milijoną galaktikų, pateikė tokius duomenis. Jis gali aptikti šviesos tipą, dažnai matomą iš juodųjų skylių, fiksuojančių aplinkinę medžiagą.

Iš ko sudaryta juodoji skylė?

Trumpai tariant, ir daugeliu atvejų „nepavykusios“ žvaigždės.

Dauguma juodųjų skylių susidaro iš masyvių žvaigždžių liekanų, kurios sprogsta per įvykius, vadinamus supernovomis. Mažesnės žvaigždės ilgainiui virsta tankiomis neutroninėmis žvaigždėmis, kurioms trūksta masės, reikalingos apriboti šviesą.

Teoriškai galima įrodyti, kad jokia jėga negali sutrukdyti žvaigždei griūti veikiant gravitacijos jėgai, jei bendra žvaigždės masė yra pakankamai didelė (paprastai daugiau nei tris kartus didesnė už Saulės masę). Tačiau, kai susidaro juodoji skylė, nutinka keistas dalykas.

Laikas, tai yra koordinačių laikas, sulėtėja, kai žvaigždės paviršius artėja prie „įvykių horizonto“ – slenksčio aplink juodąją skylę, kai pabėgimo greitis viršija šviesos greitį.

Taip yra todėl, kad erdvėlaikio kreivumas įvykių horizonte yra toks didelis, kad horizonte „išspinduliuotas“ fotonas tiesiog lieka horizonte. Įvykio horizonte kreivumas yra toks didelis, kad „ateitis“ yra singuliarumo kryptimi.

Žvaigždžių susidūrimai taip pat gali sukurti daug didesnes juodąsias skyles.

NASA valdomas teleskopas Swift pradėjo stebėti gama spindulių pliūpsnius netrukus po paleidimo 2004 m. gruodį. Astronomai iš Chandros ir NASA Hablo kosminio teleskopo stebėjimų padarė išvadą, kad juodajai skylei ir neutroninei žvaigždei susidūrus gali įvykti didžiuliai sprogimai ir sukurti dar vieną juodąją skylę. Chandra ir Hablas vėliau gavo duomenis iš įvykio „pošviesos“.

Pagrindinis juodųjų skylių susidarymo mechanizmas yra gerai suprantamas. Vis dėlto, akivaizdus juodųjų skylių egzistavimas dviem labai skirtingais masteliais ilgą laiką buvo juodųjų skylių mokslo mįslė.

Kokia juodoji skylė yra arčiausiai Žemės?

Yra keletas kandidatų, bet vienas iš neseniai atrastų yra keistas mažas objektas, žinomas kaip „Vienaragis“. Paslėpta vos 1500 šviesmečių nuo Žemės, atrodo, kad tai yra arčiausiai Žemės esanti juodoji skylė, apie kurią šiuo metu žinoma.

Vardas turi dvi skirtingas reikšmes. Žinoma, ji vis dar yra juodosios skylės kandidatė, tačiau ji laikoma unikalia dėl savo ypač mažos masės, maždaug tris kartus didesnės nei Saulės, ir dėl to, kad ji yra Monoceros (dar žinoma kaip „Vienaragis“) žvaigždyne.

Išsipūtusi, raudona milžiniška žvaigždė, kuri artėja prie mirties, yra „Vienaragio“ partnerė. Daugelis instrumentų, pvz., „All Sky Automated Survey“ ir NASA „Transiting Exoplanet Survey Satellite“, daugelį metų stebėjo tą kompanioną.

Ištyrusi didžiulį duomenų kiekį, „Vienaragio“ atradimo komanda taip pat rado kai ką intriguojančio: raudonojo milžino šviesos intensyvumas retkarčiais keičiasi, o tai rodo, kad kažkas greičiausiai „traukia“ žvaigždę ir keičia jos formą.

Remdamiesi informacija apie žvaigždės greitį ir šviesos iškraipymą, mokslininkai padarė išvadą, kad traukiantis objektas greičiausiai yra juodoji skylė, nors viena iš maždaug trijų Saulės masių. Norėdami tai įtraukti į kontekstą, apsvarstykite, kad mūsų Paukščių Tako galaktikos supermasyvios juodosios skylės masės yra maždaug 4,3 milijono Saulės masių.

„Kaip Mėnulio gravitacija iškraipo Žemės vandenynus, dėl kurių jūros išsiveržia link Mėnulio ir tolyn nuo Mėnulio, sukeldamos potvynius, taip ir juodoji skylė iškreipia žvaigždę į amerikietiško futbolo kamuolio formą, kurios viena ašis ilgesnė už kitą“, - sako tyrimo bendraautorius Toddas Thompsonas, Ohajo valstijos astronomijos skyriaus pirmininkas.

Tyrėjų grupės nuomone, tai reiškia, kad naujasis objektas greičiausiai yra labai maža kažkokia juodoji skylė. Nepaisant to, kiek įmanomas toks paaiškinimas, „Vienaragis“ vis dar yra tik kandidatas į juodąją skylę.

Įdomūs faktai apie juodąsias skyles

Drauge jau susipažinome su svarbiausia informacija, bet apie šiuos keistus objektus reikia sužinoti dar daug įdomių dalykų. 

Nors negalime vienoje vietoje aprėpti visko, ką apie jas reikia žinoti, čia atrinkome žymiausius faktus apie juodąsias skyles.

1. Juodųjų skylių idėja pirmą kartą buvo iškelta 1916 m., tačiau jos nebuvo atrastos iki 1960 m.

1916 m. Alberto Einšteino bendroji reliatyvumo teorija padarė pirmąją prognozę apie juodųjų skylių egzistavimą. Tačiau jis niekada nesugalvojo tikslaus pavadinimo. Tai ateis po daugelio metų.

1967 metais amerikiečių astronomas Johnas Wheeleris pirmą kartą pavartojo terminą „juodoji skylė“. Tačiau iki tol juodosios skylės buvo suprantamos tik kaip hipotetinės būtybės.

Taip buvo tol, kol Cygnus X-1, Paukščių Tako Cygnus arba Gulbės žvaigždyne, tapo pirmąja kada nors rasta juodąja skyle. NASA teigimu, pirmieji juodosios skylės požymiai buvo aptikti 1964 m., kai skriejanti raketa aptiko astronominių rentgeno spindulių šaltinius.

Astronomai 1971 m. išsiaiškino, kad rentgeno spindulių šaltinis buvo ryškiai mėlyna žvaigždė, besisukanti aplink paslaptingą juodą objektą. Buvo iškelta hipotezė, kad aptiktus rentgeno spindulius sukėlė tamsus objektas – viską suryjanti juodoji skylė – po to, kai nuo liepsnojančios žvaigždės buvo nulupta jos medžiaga.

Tęsinys kitame puslapyje

Komentarai (14)