რა არის შავი ხვრელი? როგორ შეიძლება არსებობდეს სამყაროში ისეთი სივრცე, საიდანაც ვერანაირი მატერია ვერ აღწევს – ვერც ნივთიერება, ვერც სინათლე? როგორ გახდა შესაძლებელი იმ უხილავი ობიექტების შესწავლა, რომლებმაც თანამედროვე მეცნიერება კიდევ უფრო განავითარა და ახალი, სენსაციური აღმოჩენებისკენ უბიძგა?
მსგავსი კითხვები ხშირად ჩნდება მოსწავლის ცნობიერებაში. შავი ხვრელი არა მხოლოდ აბსტრაქტული ცნებაა, არამედ წარმოსახვის განვითარების კარგი საშუალებაა. ინფორმაცია ისეთ ფენომენებზე, სადაც დრო და სივრცე თითქოს ქრება, მოზარდისთვის მხოლოდ საინტერესო ამბავი კი არა, საგანმანათლებლო სტიმული ხდება – ის აღვივებს ფიზიკისადმი ინტერესს, აღძრავს პასუხების ძიების სურვილს და წარმოშობს ფიქრს ახალი აღმოჩენების შესაძლებლობაზე.
მასწავლებლისთვის მნიშვნელოვანია, როგორ წარუდგინოს მოსწავლეებს ფარდობითობის თეორიასთან, კვანტურ მექანიკასთან და ასტროფიზიკასთან დაკავშირებული ურთულესი საკითხი მარტივად, ისე, რომ მიწოდებული ინფორმაცია გახდეს ხიდი მეცნიერულ ცოდნასა და მოსწავლის ცნობისმოყვარეობას შორის.
შავი ხვრელის თემა, თავისი სირთულითა და მისტიკურობით, მოზარდისთვის მეცნიერებით დაინტერესების მოტივატორს წარმოადგენს. უნდა დავფიქრდეთ, რა დოზით შევთავაზოთ ინფორმაცია და რომელი ფორმატი იქნება ეფექტური: გაკვეთილზე – როგორც მოკლე, მაგრამ შთამბეჭდავი მასალა სამყაროს იდუმალების შესახებ, რომელიც სასწავლო პროცესს ემოციურ ფონს შემატებს; საკლუბო ან საწრეო მუშაობისას – როგორც პროექტი, სადაც მოსწავლეებს მიეცემათ შესაძლებლობა თავად შეისწავლონ, მოდელირება სცადონ; თუ კონფერენციაზე – სადაც მოძიებულ და დამუშავებულ ინფორმაციას თანატოლებს გაუზიარებენ.
შავი ხვრელები სამყაროს ყველაზე მასიური და შეუცნობელი ობიექტებია. მათი გრავიტაციული ველი იმდენად ძლიერია, რომ არაფერს, სინათლესაც კი, არ ძალუძს შავი ხვრელების მიზიდულობისგან თავის დაღწევა. სწორედ აქედან მომდინარეობს სახელიც – „შავი ხვრელი“. შავ ხვრელებს აქვთ წარმოუდგენლად დიდი მასა და მასასთან შედარებით ძალიან მცირე მოცულობა. ისინი მკვეთრად ამახინჯებენ სივრცე-დროის ქსოვილს. ყველაფერს იჭერენ, რაც ახლოს ჩაუვლის – მოხეტიალე ვარსკვლავიდან, სინათლის ფოტონამდე.
შავი ხვრელების უმეტესობა მასიური ვარსკვლავის შედედებული ნარჩენია, კოლაფსირებული ბირთვი, რომელიც სუპერნოვას (ზეახალი ვარსკვლავი) აფეთქების შემდეგ რჩება. შავი ხვრელების ზომის დიაპაზონი დაახლოებით შემდეგ შუალედს მოიცავს – ადამიანის უჯრედის ტოლი პაწაწინა სტრუქტურებიდან დაწყებული, ჩვენს მზეზე მილიარდჯერ მასიური უზარმაზარი გიგანტებით დამთავრებული.
შავი ხვრელი შეიძლება იყოს შედარებით პატარა და გიგანტურიც. ზოგიერთი ზემასიური შავი ხვრელი მზეზე 3 მილიარდჯერ დიდია. ეს ფაქტობრივად მთელი გალაქტიკის მასის პროპორციულია. ასტრონომებს მიაჩნიათ, რომ ყოველი გალაქტიკის ცენტრში ზემასიური შავი ხვრელია მოთავსებული, რომელიც თავისი კოლოსალური გრავიტაციის ხარჯზე მილიარდობით ვარსკვლავის სისტემაზე მოქმედებს. დაახლოებით ისე, როგორც მზე – მზის სისტემაზე.
რა არის რეალურად შავი ხვრელი? რა ხდება ამ „მონსტრების“ შიგნით? როგორ ჩნდება ის და რა მოხდება თუ მათი მოვლენების ჰორიზონტს გადავკვეთთ? ან საერთოდ, რა არის მოვლენების ჰორიზონტი? ამ შეკითხვებზე ზუსტი პასუხი კაცობრიობას ჯერ არ აქვს, თუმცა, გარკვეული მოსაზრება უკვე არსებობს.
ტერმინი „შავი ხვრელი“ პირველად ამერიკელმა ფიზიკოსმა ჯონ უილერმა 1967 წელს გამოიყენა. თუმცა, შავი ხვრელების იდეა გაცილებით ადრე გაჩნდა. ეს დოქტრინა ჯერ კიდევ მე-18 საუკუნეში დაიბადა. პირველი ადამიანი, ვინც ივარაუდა შავი ხვრელების მსგავსი ვარსკვლავური სხეულების არსებობა, იყო ბრიტანელი ბუნებისმეტყველი, ჯონ მიჩელი. 1783 წელს მან პირველმა აღწერა შავი ხვრელის კონცეფცია. 1796 წელს კი, ფრანგმა მეცნიერმა პიერ ლაპლასმა, მსგავსი უცნაური ობიექტის არსებობა იწინასწარმეტყველა. ის მასთან ნიუტონის მიზიდულობის კანონიდან მივიდა.
ლაპლასის მოსაზრებით, თუ ობიექტს ზომაში დავაპატარავებთ და ამასთან, შევუნარჩუნებთ იმავე მასას, მაშინ მისი მიზიდულობის დასაძლევად, უფრო დიდი ძალისხმევა და სიჩქარე გახდება საჭირო. ლაპლასი მივიდა იმ დასკვნამდე, რომ ასეთი ობიექტისგან განთავისუფლება წარმოუდგენელია. ამ მსჯელობის განზოგადებით, მან დაუშვა ისეთი მასიური და დიდი მიზიდულობის მქონე ციური სხეულების არსებობა, რომლებიც არაფერს მისცემდა მისგან თავის დაღწევის საშუალებას, სინათლესაც კი. შესაბამისად, ასეთი ობიექტი ჩვენთვის აბსოლუტურად უხილავი იქნებოდა, ანუ შავი.
აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიის (1915წ.) თანახმად, გრავიტაციას სინათლის გამრუდება შეუძლია. 1916 წელს გერმანელმა მათემატიკოსმა კარლ შვარცშილდმა აინშტაინის განტოლებები გამოიყენა ობიექტების ისეთი რადიუსის გამოსათვლელად, რომლიდანაც თვით სინათლეც კი ვერ დააღწევს თავს. ფაქტობრივად კარლ შვარცშილდი იყო პირველი მეცნიერი, რომელმაც შავი ხვრელები მათემატიკურად ჩამოაყალიბა. მისი კვლევების შემდეგ გაჩნდა ტერმინი, შვარცშილდის რადიუსი – საზომი, თუ რამდენად უნდა შეიკუმშოს ნებისმიერი ობიექტი, რომ იგი შავ ხვრელად იქცეს.
1970-იან წლებამდე შავი ხვრელები მხოლოდ მათემატიკური ვარაუდები იყო; ვიდრე 1971 წელს, არ აღმოაჩინეს პირველი ფიზიკური შავი ხვრელი Cygnux X-1.
როგორ შეისწავლიან შავ ხვრელებს?
შავი ხვრელების თვისებებზე საუბარი თეორეტიკოსებს შეუძლიათ სამყაროს შესახებ დაგროვილი მეცნიერული ცოდნის საფუძველზე. ასეთი აღმოჩენები კი უკავშირდება ალბერტ აინშტაინს, სტივენ ჰოკინგს და კიპ თორნს. თუმცა, რთულია პრაქტიკულად გამოიკვლიო უხილავი, თან ისეთი ძლიერი ფენომენი, რომელიც შთანთქავს სინათლესა და მის კვანტს – ფოტონებს.
მეცნიერებს არსებული მძლავრი ობსერვატორიების გამოყენებით, შეუძლიათ დაინახონ პლაზმის ნაკადები, რომლებსაც შავი ხვრელები კოსმოსში აფრქვევენ, აღმოაჩინონ შავი ხვრელების შეჯახების შედეგად წარმოქმნილი სივრცე-დროის ტალღები. მიმდინარეობს კვლევები შავი ხვრელების გავლენით დარღვეული მასისა და ენერგიის დისკოს შესახებ, რომელიც შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტს აკრავს გარს – საზღვარს, რომლის იქითაც ვერაფერი ვერ ახერხებს გაქცევას.
რა არის შავი ხვრელი?
შავი ხვრელი არის კოსმოსური რეგიონი, სადაც გრავიტაციის მიზიდულობის ძალა იმდენად ძლიერია, რომ სინათლესაც კი არ შეუძლია თავის დაღწევა. ძლიერი გრავიტაცია წარმოიქმნება იმის გამო, რომ მატერია შეკუმშულია პაწაწინა სივრცეში. ეს შეკუმშვა შეიძლება მოხდეს ვარსკვლავის სიცოცხლის ბოლოს. ზოგიერთი შავი ხვრელი მომაკვდავი ვარსკვლავების შედეგია. შავი ხვრელის „ზედაპირი“, რომელსაც მისი მოვლენათა ჰორიზონტი ეწოდება, განსაზღვრავს საზღვარს, სადაც გასასვლელად საჭირო სიჩქარე კოსმოსის სიჩქარის ზღვარია. მატერია და გამოსხივება ხვდება შიგნით, მაგრამ გარეთ ვეღარ გამოდის.
რამდენად დიდია შავი ხვრელები?
შავი ხვრელები შეიძლება იყოს სხვადასხვა ზომის. შავი ხვრელის მასა და ზომა განსაზღვრავს მის ტიპს. ყველაზე პატარა შავი ხვრელები პირველყოფილი შავი ხვრელების სახელითაა ცნობილი. მეცნიერები მიიჩნევენ, რომ ამ ტიპის შავი ხვრელი ერთი ატომის ზომისაა, მაგრამ დიდი მთის მასის მქონეა.
მეცნიერები ვარაუდობენ შავი ხვრელების ორი ძირითადი კლასის არსებობას. საშუალო ზომის შავი ხვრელების ყველაზე გავრცელებულ ტიპს „ვარსკვლავური“ ეწოდება. ვარსკვლავური შავი ხვრელის მასა შეიძლება მზის მასაზე 20-ჯერ მეტი იყოს და დაახლოებით 10-12 კმ-ს დიამეტრის მქონე სფეროში მოთავსდეს. ირმის ნახტომის გალაქტიკაში შესაძლოა ათობით ვარსკვლავური მასის შავი ხვრელი არსებობდეს.
უდიდეს შავ ხვრელებს „ზემასიურს“ უწოდებენ. მათ საშუალოდ, მზეზე მილიონჯერ მეტი მასა აქვთ და მოთავსდებიან მზის სისტემის ზომის დიამეტრის მქონე სფეროს მოცულობაში. სამეცნიერო მტკიცებულებები მიუთითებს, რომ ყველა დიდ გალაქტიკას ცენტრში სუპერმასიური შავი ხვრელი აქვს. ირმის ნახტომის გალაქტიკის ცენტრში არსებულ სუპერმასიურ შავ ხვრელს მშვილდოსანი A ეწოდება. მისი მასა დაახლოებით 4 მილიონი მზის ტოლია და მოთავსდება დაახლოებით მზის ზომის დიამეტრის მქონე სფეროში.
2019 წლის 21 მაისს, აშშ-ს ეროვნული სამეცნიერო ფონდის ლაზერულ ინტერფერომეტრულ გრავიტაციული ტალღების ობსერვატორიამ (LIGO) ორი ვარსკვლავური მასის შავი ხვრელის შერწყმიდან წარმოქმნილი გრავიტაციული ტალღები აღმოაჩინა. ამ მოვლენას GW190521 უწოდეს. GW190521 იდუმალი გრავიტაციული ტალღის სიგნალის შესახებ ინფორმაცია LIGO-სა და Virgo-ს კოლაბორაციების მიერ 2020 წლის სექტემბერში გამოქვეყნდა. მონაცემების მათეული ინტერპრეტაცია მიუთითებს ორი შავი ხვრელის შერწყმაზე, რომელთა მასა შესაბამისად 66 და 85-ჯერ აღემატება მზის მასას, რომლებიც პირველ დაკვირვებულ საშუალო მასის შავ ხვრელად გაერთიანდნენ.
ვარსკვლავური მასის შავი ხვრელი წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც მზის მასაზე 2-ჯერ მძიმე ვარსკვლავი ამოწურავს ბირთვულ საწვავს და საკუთარი მასის ქვეშ კოლაფსირდება. კოლაფსი იწვევს სუპერნოვას აფეთქებას, რომელიც ვარსკვლავის გარე ფენებს აფეთქებს. თუ დაქუცმაცებული ბირთვი მზის მასაზე სამჯერ მეტია, ვერცერთი ცნობილი ძალა ვერ შეაჩერებს მის კოლაფსს შავ ხვრელად გადაქცევად. სუპერმასიური შავი ხვრელების წარმოშობა ბოლომდე შესწავლილი არ არის, მაგრამ არის ვარაუდი, რომ ისინი გალაქტიკის სიცოცხლის პირველივე დღეებიდან არსებობენ.
შავ ხვრელებს წარმოქმნისთანავე შეუძლიათ ზომაში გაზრდა მათ სიახლოვეს მოხვედრილი მატერიის აკრეციით (ნივთიერების ვარდნა კოსმოსურ სხეულზე მიზიდულობის ძალით), მათ შორის მეზობელი ვარსკვლავებიდან და სხვა შავი ხვრელებიდან მიტაცებული აირების ჩათვლით.
2019 წელს ასტრონომებმა, რომლებიც იყენებდნენ მოვლენათა ჰორიზონტის ტელესკოპის (EHT) – საერთაშორისო თანამშრომლობას, პირველად გადაიღეს შავი ხვრელის სურათი. ის ბნელი წრის სახით ჩანს, რომელიც ორბიტაზე მოძრავი ცხელი, მანათობელი მატერიის დისკითაა გამოსახული. სუპერმასიური შავი ხვრელი მდებარეობს M87-ის სახელით ცნობილი გალაქტიკის გულში, რომელიც დაახლოებით 55 მილიონი სინათლის წლის დაშორებით მდებარეობს და მზის მასაზე 6,5 მილიარდჯერ მეტს იწონის. მისი მოვლენათა ჰორიზონტი იმდენად ფართოა, რომ შეიძლება მოიცავდეს ჩვენი მზის სისტემის დიდ ნაწილს პლანეტების მიღმაც კი.
შავ ხვრელებთან დაკავშირებული კიდევ ერთი მნიშვნელოვანი განცხადება გაკეთდა 2015 წელს, როდესაც მეცნიერებმა პირველად აღმოაჩინეს გრავიტაციული ტალღები, სივრცე-დროის ქსოვილში არსებული ტალღები, რომლებიც ერთი საუკუნით ადრე ალბერტ აინშტაინის ფარდობითობის ზოგადი თეორიით იყო ნაწინასწარმეტყველები. LIGO-მ ტალღები GW150914 მოვლენიდან აღმოაჩინა, სადაც ორბიტაზე მოძრავი ორი შავი ხვრელი, 1.3 მილიარდი წლის წინ ერთმანეთში შეეჯახა და შეერწყა. LIGO-მ და სხვა ცენტრებმა შავი ხვრელების მრავალი შერწყმა შეისწავლეს მათგანვე წარმოქმნილი გრავიტაციული ტალღების მეშვეობით.
ასტრონომები ათწლეულების განმავლობაში სწავლობდნენ შავ ხვრელებს მათ მიერ გამოსხივებული სინათლის სხვადასხვა ფორმის მეშვეობით. მიუხედავად იმისა, რომ სინათლეს არ შეუძლია შავი ხვრელის მოვლენათა ჰორიზონტიდან თავის დაღწევა, მის მახლობლად არსებული უზარმაზარი მოქცევითი ძალები იწვევს ახლომდებარე მატერიის მილიონობით გრადუსამდე გაცხელებას, რაც განაპირობებს რენტგენისა და რადიოტალღების გამოსხივებას. შესაძლოა, მოვლენათა ჰორიზონტთან კიდევ უფრო ახლოს მოძრავი მატერიის ნაწილი გარეთ გამოიტყორცნოს. ეს კი წარმოქმნის ნაწილაკების ჭავლებს, რომლებიც სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით მოძრაობენ და ასხივებენ რადიო, რენტგენის და გამა სხივებს. სუპერმასიური შავი ხვრელების ჭავლებს შეუძლიათ კოსმოსში ასობით ათასი სინათლის წლის მანძილზე გავრცელება.
NASA-ს Hubble-ის, Chandra-ს, Swift-ის, NuSTAR-ისა და NICER-ის კოსმოსური ტელესკოპები, ასევე სხვა მისიები, აგრძელებენ შავი ხვრელებისა და მათი გარემოს შესწავლას, რათა მეტი გავიგოთ ამ ენიგმატური ობიექტებისა და მათი როლის შესახებ გალაქტიკებისა და სამყაროს ევოლუციაში.
როგორ წარმოიქმნება შავი ხვრელები?
ვარაუდობენ, რომ პირველი შავი ხვრელები ადრეულ სამყაროში, დიდი აფეთქების შემდეგ მალევე ჩამოყალიბდა. ვარსკვლავური შავი ხვრელები წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც ძალიან მასიური ვარსკვლავის ცენტრი საკუთარ თავში კოლაფსირდება. ეს კოლაფსი ასევე იწვევს სუპერნოვას, ანუ აფეთქებულ ვარსკვლავს, რომელიც ვარსკვლავის ნაწილს კოსმოსში აგდებს. მეცნიერები ფიქრობენ, რომ სუპერმასიური შავი ხვრელები გალაქტიკასთან ერთად წარმოიქმნა. სუპერმასიური შავი ხვრელის ზომა უკავშირდება იმ გალაქტიკის ზომასა და მასას, რომელშიც ის მდებარეობს.
აფეთქებას, რომლის შედეგადაც ნეიტრონული ვარსკვლავი ჩნდება, სუპერნოვა უწოდეს. ქართველმა ასტრონომებმა ამ მოვლენას უწოდეს „ზეახალი“. აფეთქების ენერგია გარდაიქმნება ამოტყორცნილი ნივთიერების კინეტიკურ ენერგიად, ნაწილი კი რკინაზე უფრო მძიმე ქიმიური ელემენტების სინთეზს ხმარდება. რკინაზე უფრო მძიმე ყველა ქიმიური ელემენტის ატომბირთვი ზეახალი აფეთქებისას წარმოიქმნა.
თუ ზეახალი აფეთქებისას გაჩენილი ნეიტრონული ვარსკვლავის მასა მზის გასამკეცებულ მასას აღემატება, გრავიტაციული ძალების გავლენით, ვარსკვლავის შეკუმშვას ვეღარაფერი შეაჩერებს და იგი შავ ხვრელად გადაიქცევა. შავი ხვრელის ზედაპირზე კოსმოსიდან დაცვენილი მტვრის ნაწილაკები და აირის მოლეკულები მის ზედაპირთან სინათლის სიჩქარემდე აჩქარდება. ურთიერთშეჯახებისას მათ მიერ შეძენილი კინეტიკური ენერგია შინაგან ენერგიად გარდაიქმნება, ნივთიერება ცხელდება და შავი ხვრელის გარშემო ძლიერად გამომსხივებელი მბრუნავი დისკო წარმოიქმნება. დისკოს ღრმა ფენებიდან, ხილულ სინათლესთან ერთად, გამოსხივდება ულტრაიისფერი და რენტგენის სხივებიც. ამ მოვლენის საფუძველზე შესაძლებელია შავი ხვრელის ახლო მიდამოების დანახვა.
რა ზომებამდე უნდა შეიკუმშოს M მასის ვარსკვლავი, რომ შავ ხვრელად გადაიქცეს?
აინშტაინის გამოთვლებიდან გამომდინარეობს ფორმულა:
rშ. ,
სადაც C სინათლის სიჩქარეა, თუ M=Mმზ.= 2.1030კგ, მაშინ ამ ფორმულიდან მივიღებთ, რომ
rშ.მზ.= = 2, 96. 103 მ.
| rშ.მზ.= 2, 96. 103 მ.
|
თუ შავი ხვრელის მასა დედამიწის მასის ტოლია, მისი რადიუსი 330 000 -ჯერ ნაკლები იქნება.
| rშ.დედ .≈ 9 მმ.
|
აი, რა ზომებამდე უნდა შეიკუმშოს დედამიწა, რომ შავ ხვრელად გადაიქცეს.
თუ შავი ხვრელები „შავია“, როგორ იციან მეცნიერებმა, რომ ისინი „იქ“ არიან?
შავი ხვრელის დანახვა შეუძლებელია ძლიერი გრავიტაციის გამო, რომელიც მთელ სინათლეს შავი ხვრელის ცენტრში იზიდავს. თუმცა, მეცნიერებს შეუძლიათ დაინახონ მისი ძლიერი გრავიტაციის გავლენა გარშემო არსებულ ვარსკვლავებსა და აირებზე. თუ ვარსკვლავი კოსმოსში გარკვეულ წერტილში ბრუნავს, მეცნიერებს უჩნდებათ შესაძლებლობა, შეისწავლონ ვარსკვლავის მოძრაობა, რათა გაარკვიონ, ბრუნავს თუ არა ის შავი ხვრელის გარშემო.
როდესაც შავი ხვრელი და ვარსკვლავი ერთმანეთთან ახლოს ბრუნავენ, წარმოიქმნება მაღალი ენერგიის სინათლე. სამეცნიერო ინსტრუმენტები ახერხებენ ამ მაღალი ენერგიის სინათლის დაფიქსირებას.
შავი ხვრელის გრავიტაცია ზოგჯერ შეიძლება საკმარისად ძლიერი იყოს იმისთვის, რომ ვარსკვლავის გარე აირები გამოიზიდოს და მის გარშემო დისკი შექმნას, რომელსაც აკრეციის დისკი ეწოდება. როდესაც აკრეციის დისკიდან გამომავალი აირი სპირალურად შავ ხვრელში გადადის, აირი ძალიან მაღალ ტემპერატურამდე თბება და ყველა მიმართულებით რენტგენის სინათლეს ასხივებს. NASA-ს ტელესკოპები რენტგენის სინათლეს ზომავენ. ასტრონომები ამ ინფორმაციას შავი ხვრელის თვისებების შესასწავლად იყენებენ.
შეუძლია თუ არა შავ ხვრელს დედამიწის განადგურება?
შავი ხვრელები სამყაროში არ დახეტიალობენ და შემთხვევით არ შთანთქავენ სამყაროებს. ისინი მიზიდულობის კანონებს ემორჩილებიან ისევე, როგორც კოსმოსში არსებული სხვა ობიექტები. შავი ხვრელის ორბიტა მზის სისტემასთან ძალიან ახლოს უნდა იყოს, რათა დედამიწაზე გავლენა მოახდინოს, რაც ნაკლებად სავარაუდოა.
თუ მზის მასის მქონე შავი ხვრელი მზეს ჩაანაცვლებდა, დედამიწა მასში არ ჩავარდებოდა. მზის მასის მქონე შავი ხვრელი მზის სისტემას იგივე გრავიტაციას შეუნარჩუნებდა. პლანეტები შავი ხვრელის გარშემო ისევე იბრუნებდნენ, როგორც ახლა ბრუნავენ მზის გარშემო.
გადაიქცევა კი ოდესმე მზე შავ ხვრელად?
მზეს არ აქვს საკმარისი მასა შავ ხვრელად კოლაფსირებისთვის. მილიარდობით წელიწადში, როდესაც მზე სიცოცხლის ბოლოს მიაღწევს, წითელ გიგანტ ვარსკვლავად გადაიქცევა. შემდეგ, როდესაც ის საწვავის ბოლო ნაწილს გამოიყენებს, მოიშორებს გარე ფენებს და პლანეტარული ნისლეულის სახელით ცნობილ აირის მანათობელ რგოლად გადაიქცევა. საბოლოოდ, მზისგან მხოლოდ გაციებული თეთრი ჯუჯა ვარსკვლავი დარჩება.
როგორ სწავლობს NASA შავ ხვრელებს?
NASA შავი ხვრელების შესახებ ისეთ კოსმოსურ ხომალდებს იყენებს, როგორიცაა Chandra-ს რენტგენის ობსერვატორია, Swift-ის თანამგზავრი და Fermi-ს გამა-სხივების კოსმოსური ტელესკოპი. ზემასიური შავი ხვრელების და სხვა ასტრონომიული მოვლენების საძიებლად, 2008 წელს გაუშვეს ტელესკოპი Fermi, იგი აკვირდება სინათლის ყველაზე ენერგიულ ფორმას – გამა სხივებს. ასეთი კოსმოსური ხომალდები მეცნიერებს სამყაროს წარმოშობის, ევოლუციისა და მომავლის შესახებ კითხვებზე პასუხის გაცემაში ეხმარება.
https://www.youtube.com/watch?v=EJXTZ5jpSmk
https://www.youtube.com/watch?v=e-P5IFTqB98
ჩამოვაყალიბოთ თეზისებად შავი ხვრელის სტრუქტურა
მოვლენათა ჰორიზონტი
ეს არის შავი ხვრელის საზღვარი, რომლის იქით ვეღარაფერი ტოვებს მას – ვერც სინათლე. სწორედ ამიტომ ჩანს შავი ხვრელი „შავად“. გარე დამკვირვებელი ვერ ხედავს მის შიგნით მიმდინარე პროცესებს, თუმცა, ასტრონომები აკვირდებიან მიმდებარე მატერიას, რომელიც გამოსხივებას ახდენს მანამ, სანამ მოვლენათა ჰორიზონტს გადალახავს.
აკრეციის დისკი
შავი ხვრელის მთავარი „სინათლის წყარო“ არის აკრეციის დისკი – ცხელი, მბრუნავი მატერიის ნაკადი, რომელიც შავ ხვრელს ეცემა. აირი და მტვერი თანდათან დისკოს შიდა ნაწილში ილექება და ბოლოს მოვლენათა ჰორიზონტში იძირება. თუ შავი ხვრელი იზოლირებულია და გარშემო მატერია აღარ დარჩა, მას დისკოც აღარ აქვს და აღმოჩენაც რთულდება.
გრავიტაციული ველის გამო სინათლის სწორხაზოვნება ირღვევა. ეს ეფექტი, გრავიტაციული ლინზირება აკრეციის დისკოს უჩვეულო, დამახინჯებულ ფორმად წარმოგვიჩენს, რაც დამოკიდებულია დაკვირვების კუთხეზე.
მოვლენათა ჰორიზონტის ჩრდილი
მოვლენათა ჰორიზონტი იჭერს მასში გამავალ ნებისმიერ სინათლეს, ხოლო მის გარშემო არსებული გამრუდებული სივრცე-დრო იწვევს სინათლის მიმართულების შეცვლას გრავიტაციული ლინზირების გზით. ეს ეფექტი წარმოქმნის ბნელ ზონას, რომელსაც ასტრონომები მოვლენათა ჰორიზონტის ჩრდილს უწოდებენ და რომელიც დაახლოებით ორჯერ აღემატება შავი ხვრელის რეალურ ზედაპირს.
ფოტონის სფერო
ხედვის ყველა კუთხიდან შავი ხვრელის ჩრდილის კიდეზე სინათლის თხელი რგოლები ჩნდება. ეს რგოლები სინამდვილეში აკრეციული დისკის მრავლობითი, ძლიერ დამახინჯებული გამოსახულებებია. დისკიდან წამოსული სინათლე შავი ხვრელის გარშემო რამდენჯერმე ბრუნავს. შავ ხვრელთან უფრო ახლოს მდებარე რგოლები კი უფრო თხელი და მკრთალი ხდება.
დოპლერის სხივური ტომოგრაფია
აკრეციული დისკი შავი ხვრელის მახლობლად იმდენად სწრაფად ბრუნავს, რომ მისი ერთი მხარე უფრო კაშკაშა და ლურჯი ჩანს, ხოლო მეორე – უფრო მკრთალია და წითელი. ეს არის დოპლერის ეფექტის ოპტიკური ანალოგი.
კორონა
აკრეციული დისკის ზემოთ და გარშემო გვხვდება ძალიან ცხელი პლაზმის რეგიონი – კორონა. ის შავი ხვრელის ენერგეტიკული გამოსხივებების ერთ-ერთი ძირითადი წყაროა.
ნაწილაკების ჭავლები
ზოგიერთ შავ ხვრელთან მატერიის ნაწილი მთლიანად კი არ შთაინთქმება, არამედ ძლიერ ჭავლად გამოიტყორცნება საპირისპირო მიმართულებით. ეს ჭავლები ნაწილაკებს სინათლის სიჩქარესთან მიახლოებული სიჩქარით აფრქვევენ და სუპერმასიურ შავ ხვრელებში ასობით ათას სინათლის წელსაც კი აღწევენ. მათი წარმოქმნის მექანიზმი ჯერ კიდევ ბოლომდე უცნობია, თუმცა დაკვირვებებით ნათელია, რომ ხილვადობა ხშირად დოპლერის ეფექტზეა დამოკიდებული.
სინგულარობა
შავი ხვრელის ცენტრში ფარდობითობის თეორია წინასწარმეტყველებს წერტილს, სადაც მატერია უსასრულო სიმკვრივემდე იკუმშება. სწორედ აქ სრულდება ყველაფერი, რაც მოვლენათა ჰორიზონტში ვარდება. უცნობია, რეალური ფიზიკური სტრუქტურაა ეს, თუ მხოლოდ მათემატიკური მოდელი, თუმცა სინგულარობის არსებობა მიუთითებს იმაზე, რომ გრავიტაციის სრულყოფილი აღწერისთვის საჭიროა კვანტური ეფექტებიც.
ვინ სწავლობს შავ ხვრელებს?
როგორ შეიძლება შავი ხვრელების შესწავლა პროფესიულ გზად იქცეს? ამ სფეროში მუშაობენ არა მხოლოდ ასტრონომები, არამედ სხვადასხვა მიმართულების მეცნიერები და მკვლევრები. თეორეტიკოსი ფიზიკოსები, რომლებიც ქმნიან შესაბამის თეორიებს; ასტროფიზიკოსები, რომლებიც ატარებენ დაკვირვებებს და სწავლობენ სამყაროს ფიზიკას – როგორ შეიქმნა სამყარო, რა კანონზომიერებს ემორჩილება მისი არსებობა და განვითარება. ინჟინრები, რომლებიც ქმნიან დაკვირვებისთვის საჭირო ტექნოლოგიებს; პროგრამისტები და მონაცემთა ანალიტიკოსები, რომლებიც ამუშავებენ უზარმაზარ ინფორმაციას; ქმნიან ახალ პროგრამულ უზრუნველყოფებს, რათა შეისწავლონ თეორიული კონცეფციები და შექმნან ალგორითმები. კომპიუტერული მეცნიერების წარმომადგენლებმა შეიმუშავეს ალგორითმები ტელესკოპის მონაცემების დასახარისხებლად შავი ხვრელის პირველი ისტორიული გამოსახულების გადაღების პროცესში. შავი ხვრელების კვლევებში ჩართული არიან ასევე მათემატიკოსებიც, რომლებიც საჭირო მათემატიკური მოდელების შექმნაში მონაწილეობენ.
შავი ხვრელების კვლევა ნათლად აჩვენებს, რომ თანამედროვე მეცნიერება აერთიანებს მრავალ დისციპლინას და ახალგაზრდებისთვის წარმოადგენს ფიზიკისა და ასტრონომიის სიღრმისეულად შესწავლის, კვლევითი უნარების განვითარებისა და მომავალ პროფესიულ არჩევანზე დაფიქრების მნიშვნელოვან შესაძლებლობას.
გამოყენებული ლიტერატურა:
გ.გედენიძე, ე.ლაზარაშვილი, ი.ლომიძე – ფიზიკა, მე-12 კლასი – მასწავლებლის წიგნი;
