Սև խոռոչի ծագումը. Սեւ անցք. Ինչ է դա? Ամենափոքր սև խոռոչը

Սև խոռոչը տարածություն-ժամանակի տարածք է, որի գրավիտացիոն գրավչությունն այնքան ուժեղ է, որ նույնիսկ լույսի արագությամբ շարժվող առարկաները, ներառյալ լույսի քվանտան, չեն կարող լքել այն: Այս շրջանի սահմանը կոչվում է իրադարձությունների հորիզոն, իսկ բնորոշ չափը՝ գրավիտացիոն շառավիղ։

«Սև խոռոչի» գաղափարն առաջին անգամ ի հայտ եկավ 1916 թվականին, երբ ֆիզիկոս Շվարցշիլդը լուծում էր Էյնշտեյնի հավասարումները։ Մաթեմատիկան տարօրինակ եզրակացության է հանգեցրել, որ կան կոմպակտ առարկաներ, որոնց շուրջ հայտնվում է հետաքրքիր հատկություններով իրադարձությունների հորիզոն։ Բայց «սև անցք» տերմինը դեռ գոյություն չուներ։ Իրադարձությունների հորիզոնը տարածության մի շրջան է, որը շրջապատում է սև խոռոչը, երբ նյութը երբեք չի կարողանա հեռանալ այս շրջանից և ընկնել սև խոռոչը: Լույսը դեռ կարող է հաղթահարել ձգողականության ահռելի ուժը, ուղարկել վերջին հոսքերը անհետացող նյութից, բայց միայն կարճ ժամանակով, մինչև ընկնող նյութը ընկնի այսպես կոչված եզակիության գոտի, որի համար դա այլևս Կարլ Շվարցշիլդը չէ, գերմանացի աստղագետ, տեսական աստղաֆիզիկայի հիմնադիրներից մեկը

1930-ականներին Չեդվիկը հայտնաբերեց նեյտրոնը։ Շուտով վարկած առաջ քաշվեց նեյտրինո աստղերի գոյության մասին, որոնք, մեծ զանգվածներով, պարզվում է, որ անկայուն են և սեղմվում են մինչև փլուզման վիճակ։ «Սև անցք» տերմինը դեռ գոյություն չուներ։ Միայն 1960-ականների վերջին էր, որ ամերիկացի Ջոն Ուիլերն ասաց «սև անցք»: Սա տարածության մի կետ է, որտեղ նյութը և էներգիան անհետանում են գրավիտացիոն ուժերի ազդեցության տակ: Այս վայրում գրավիտացիոն ուժերը այնքան ուժեղ են, որ մոտակա ամեն ինչ բառացիորեն ներծծվում է ներսից: Նույնիսկ լույսի ճառագայթները չեն կարող փախչել այնտեղից, ուստի սեւ խոռոչը լիովին անտեսանելի է։ Ջոն Ուիլեր, ամերիկացի ֆիզիկոս։

«Սև խոռոչը» կարելի է հայտնաբերել ռենտգենյան ճառագայթման հատուկ ճառագայթման միջոցով, որն առաջանում է, երբ այն ներծծում է նյութը։ 1970-ականներին ամերիկյան «Ուհուրու» արբանյակը (աֆրիկյան բարբառներից մեկով՝ «Ազատություն») արձանագրել է կոնկրետ ռենտգենյան ճառագայթում։ Այդ ժամանակից ի վեր «սև խոռոչը» գոյություն ունի ոչ միայն հաշվարկներում։ Հենց այս ուսումնասիրությունների համար էլ Ռիկարդո Ջակոնին ստացավ 2002 թվականի Նոբելյան մրցանակը։ Ռիկարդո Ջակոնի, իտալական ծագումով ամերիկացի ֆիզիկոս, ֆիզիկայի Նոբելյան մրցանակի դափնեկիր 2002 թվականին «ռենտգենյան աստղագիտության ստեղծման և ռենտգենյան աստղադիտակի հայտնագործման համար»

Այս պահին գիտնականները Տիեզերքում մոտ հազար օբյեկտ են հայտնաբերել, որոնք դասակարգվում են որպես սև խոռոչներ։ Ընդհանուր առմամբ, գիտնականները ենթադրում են, որ կան տասնյակ միլիոնավոր նման օբյեկտներ։ Ներկայումս սև խոռոչը մեկ այլ տիպի առարկայից տարբերելու միակ հուսալի միջոցը օբյեկտի զանգվածն ու չափը չափելն է և նրա շառավիղը գրավիտացիոն շառավիղի հետ համեմատելը, որը տրված է = բանաձևով, որտեղ G-ն գրավիտացիոն հաստատունն է։ , M-ը օբյեկտի զանգվածն է, c-ն՝ Գերզանգվածային սև խոռոչների լույսի արագությունը։ Գերաճած շատ մեծ սև անցքերը կազմում են գալակտիկաների մեծ մասի միջուկները: Դրանք ներառում են մեր գալակտիկայի առանցքում գտնվող զանգվածային սև խոռոչը՝ Աղեղնավոր A*, որը Արեգակին ամենամոտ գերզանգվածային սև խոռոչն է: Ներկայումս աստղային և գալակտիկական մասշտաբների սև խոռոչների առկայությունը գիտնականների մեծամասնության կողմից համարվում է աստղագիտական ​​դիտարկումներով հուսալիորեն ապացուցված: Ամերիկացի աստղագետները պարզել են, որ գերզանգվածային սև խոռոչների զանգվածները կարող են զգալիորեն թերագնահատվել։ Հետազոտողները պարզել են, որ որպեսզի աստղերը շարժվեն այնպես, ինչպես այժմ դիտվում են M87 գալակտիկայում (որը գտնվում է Երկրից 50 միլիոն լուսատարի հեռավորության վրա), կենտրոնական սև խոռոչի զանգվածը պետք է լինի այնքան մեծ, որքան Radio Galaxy Picos A-ն։ Ռենտգենյան ճառագայթով տեսանելի (կապույտ) ) 300 հազար լուսատարի երկարությամբ, բխող

Գերզանգվածային սև խոռոչների հայտնաբերում Գալակտիկաների կենտրոնական շրջաններում գերզանգվածային սև խոռոչների գոյության ամենահուսալի ապացույցը համարվում է ամենահուսալիը: Այսօր աստղադիտակների լուծաչափը բավարար չէ տիեզերքի շրջանները տարբերելու համար, որոնց չափերը համապատասխանում են սև խոռոչի գրավիտացիոն շառավիղին: Գերզանգվածային մարմնի զանգվածը և մոտավոր չափերը որոշելու բազմաթիվ եղանակներ կան, բայց դրանց մեծ մասը հիմնված է դրանց շուրջ պտտվող առարկաների (աստղեր, ռադիոաղբյուրներ, գազի սկավառակներ) ուղեծրերի բնութագրերի չափման վրա։ Ամենապարզ և բավականին տարածված դեպքում պտույտը տեղի է ունենում Կեպլերյան ուղեծրերի երկայնքով, ինչի մասին է վկայում արբանյակի պտտման արագության համաչափությունը ուղեծրի կիսամյակային հիմնական առանցքի քառակուսի արմատին. Այս դեպքում կենտրոնական մարմնի զանգվածը հայտնաբերվում է հայտնի բանաձեւով.

Երբեմն ֆրանսիացիների և բրիտանացիների միջև տեղի է ունենում կեսկատակ, երբեմն լուրջ բանավեճ. Ֆրանսիացի Պ.Լապլասը կամ անգլիացի Ջ.Միշելը? 1973 թվականին հայտնի անգլիացի տեսաբան ֆիզիկոսներ Ս. սև աստղեր; Այն ժամանակ Ջ.Միշելի աշխատանքը դեռ հայտնի չէր։ 1984թ.-ի աշնանը անգլիացի հայտնի աստղաֆիզիկոս Մ.Ռայսը, ելույթ ունենալով Թուլուզում կայացած կոնֆերանսում, ասաց, որ թեև այնքան էլ հարմար չէ Ֆրանսիայի տարածքի մասին ասելը, նա պետք է ընդգծի, որ անգլիացի Ջ.Միշելը առաջինն է. գուշակել անտեսանելի աստղերը, և ցույց է տվել իր աշխատանքին համապատասխանող առաջին էջի լուսանկարը: Այս պատմական դիտողությունն ընդունվեց ներկաների ծափերով ու ժպիտներով։

Ինչպե՞ս կարելի է չհիշել ֆրանսիացիների և բրիտանացիների միջև քննարկումներն այն մասին, թե ով է կանխատեսել Նեպտուն մոլորակի դիրքը Ուրանի շարժման խանգարումներից՝ ֆրանսիացի Վ. Լե Վերյե՞ն, թե՞ անգլիացի Ջ. Ադամսը: Ինչպես հայտնի է, երկու գիտնականներն էլ ինքնուրույն ճիշտ են նշել դիրքորոշումը նոր մոլորակ. Հետո ավելի բախտը բերեց ֆրանսիացի Վ. Լե Վերյեին։ Սա շատ բացահայտումների ճակատագիր է: Դրանք հաճախ կատարվում են գրեթե միաժամանակ և ինքնուրույն տարբեր մարդիկՍովորաբար առաջնահերթությունը տրվում է նրանց, ովքեր ավելի են խորացել խնդրի էության մեջ, բայց երբեմն դա պարզապես բախտի քմահաճույքն է։

Բայց Պ.Լապլասի և Ջ.Միշելի կանխատեսումը դեռևս իրական կանխատեսում չէր սև խոռոչի մասին։ Ինչո՞ւ։

Բանն այն է, որ Պ.Լապլասի ժամանակ դեռ հայտնի չէր, որ բնության մեջ ոչինչ չի կարող ավելի արագ շարժվել, քան լույսը։ Դատարկության մեջ անհնար է շրջանցել լույսը: Սա հաստատել է Էյնշտեյնը հարաբերականության հատուկ տեսության մեջ արդեն մեր դարում։ Հետևաբար, Պ. Լապլասի համար աստղը, որը նա դիտարկում էր, միայն սև էր (ոչ լուսավոր), և նա չէր կարող իմանալ, որ այդպիսի աստղը կորցնում է արտաքին աշխարհի հետ որևէ կերպ «շփվելու», ինչ-որ բան «հաղորդելու» ունակությունը. դեպի հեռավոր աշխարհներ դրա վրա տեղի ունեցող իրադարձությունների մասին: Այսինքն՝ նա դեռ չգիտեր, որ սա ոչ միայն «սև» է, այլ նաև «անցք», որի մեջ կարող ես ընկնել, բայց դուրս գալն անհնար է։ Այժմ մենք գիտենք, որ եթե լույսը չի կարող դուրս գալ տիեզերքի ինչ-որ շրջանից, ապա դա նշանակում է, որ ընդհանրապես ոչինչ չի կարող դուրս գալ, և մենք այդպիսի առարկան անվանում ենք սև անցք:

Մեկ այլ պատճառ, թե ինչու Պ.Լապլասի դատողությունը չի կարելի խիստ համարել, այն է, որ նա դիտարկել է հսկայական ուժի ձգողական դաշտեր, որոնցում ընկնող մարմինները արագանում են լույսի արագությամբ, իսկ առաջացող լույսն ինքը կարող է հետաձգվել, և կիրառել է Նյուտոնի ձգողականության օրենքը:

Ա. Էյնշտեյնը ցույց տվեց, որ Նյուտոնի գրավիտացիայի տեսությունն անկիրառելի է նման դաշտերի համար, և ստեղծեց նոր տեսություն, որը վավեր է գերուժեղ դաշտերի, ինչպես նաև արագ փոփոխվող դաշտերի համար (որի համար Նյուտոնի տեսությունը նույնպես անկիրառելի է) և այլն։ այն անվանել է հարաբերականության ընդհանուր տեսություն: Հենց այս տեսության եզրակացությունները պետք է օգտագործվեն՝ ապացուցելու սեւ խոռոչների գոյության հնարավորությունը եւ ուսումնասիրելու դրանց հատկությունները։

Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը զարմանալի տեսություն է: Նա այնքան խորն է ու սլացիկ, որ գեղագիտական ​​հաճույքի զգացում է առաջացնում բոլորի մոտ, ով ճանաչում է իրեն: Խորհրդային ֆիզիկոսներ Լ. Լանդաուն և Է. Լիֆշիցն իրենց «Դաշտային տեսություն» դասագրքում այն ​​անվանել են «բոլոր գոյություն ունեցող ֆիզիկական տեսություններից ամենագեղեցիկը»։ Գերմանացի ֆիզիկոս Մաքս Բորնը հարաբերականության տեսության բացահայտման մասին ասել է. «Ես հիանում եմ այն ​​որպես արվեստի գործ»։ Իսկ սովետական ​​ֆիզիկոս Վ. Գինցբուրգը գրել է, որ այն առաջացնում է «...մի զգացողություն... նման է այն զգացմունքին, որն ապրում է նկարչության, քանդակագործության կամ ճարտարապետության ամենաակնառու գլուխգործոցները դիտելիս»։

Էյնշտեյնի տեսության հանրաճանաչ ներկայացման բազմաթիվ փորձերը, իհարկե, կարող են դրա մասին ընդհանուր տպավորություն թողնել։ Բայց, անկեղծ ասած, դա նույնքան քիչ նման է բուն տեսությունը իմանալու հաճույքին, որքան «Սիքստին Մադոննայի» վերարտադրության հետ ծանոթ լինելը տարբերվում է այն փորձից, որն առաջանում է Ռաֆայելի հանճարի ստեղծած բնօրինակը դիտելիս:

Եվ այնուհանդերձ, երբ բնօրինակով հիանալու հնարավորություն չկա, կարելի է (և պետք է) ծանոթանալ առկա վերարտադրումներին, ցանկալի է՝ լավը (և կան բոլոր տեսակի)։

Նովիկով Ի.Դ.

Սև խոռոչների պատմություն

Ալեքսեյ Լևին

Գիտական ​​մտածողությունը երբեմն այնպիսի պարադոքսալ հատկություններով առարկաներ է կառուցում, որ նույնիսկ ամենախորաթափանց գիտնականները սկզբում հրաժարվում են ճանաչել դրանք: Պատմության ամենաակնառու օրինակը վերջին ֆիզիկա- Սև խոռոչների նկատմամբ հետաքրքրության երկարատև բացակայություն, գրավիտացիոն դաշտի ծայրահեղ վիճակներ, որոնք կանխատեսվել էին գրեթե 90 տարի առաջ: Երկար ժամանակ դրանք համարվում էին զուտ տեսական աբստրակցիա, և միայն 1960-70-ականներին էին մարդիկ հավատում դրանց իրականությանը։ Այնուամենայնիվ, սև խոռոչների տեսության հիմնական հավասարումը ստացվել է ավելի քան երկու հարյուր տարի առաջ:

Ջոն Միշելի խորաթափանցությունը

Ֆիզիկոս, աստղագետ և երկրաբան, Քեմբրիջի համալսարանի պրոֆեսոր և Անգլիկան եկեղեցու հովիվ Ջոն Միշելի անունը լիովին անարժանաբար կորել է 18-րդ դարի անգլիական գիտության աստղերի շարքում։ Միշելը դրեց սեյսմոլոգիայի հիմքերը՝ երկրաշարժերի գիտությունը, կատարեց հիանալի հետազոտություն մագնիսականության վերաբերյալ և Կուլոնից շատ առաջ հորինեց ոլորման հավասարակշռությունը, որը նա օգտագործեց գրավիմետրիկ չափումների համար: 1783 թվականին նա փորձեց միավորել Նյուտոնի երկու մեծ ստեղծագործությունները՝ մեխանիկա և օպտիկա։ Նյուտոնը լույսը համարում էր մանր մասնիկների հոսք։ Միշելը առաջարկեց, որ լույսի մարմինները, ինչպես սովորական նյութը, ենթարկվեն մեխանիկայի օրենքներին: Այս վարկածի հետևանքը պարզվեց, որ շատ ոչ տրիվիալ է. երկնային մարմինները կարող են վերածվել լույսի թակարդների:

Ինչպե՞ս էր Միշելը պատճառաբանում: Մոլորակի մակերևույթից արձակված թնդանոթը լիովին կհաղթահարի նրա ձգողականությունը միայն այն դեպքում, եթե նրա սկզբնական արագությունը գերազանցի այն, ինչ այժմ կոչվում է երկրորդ փախուստի արագություն: Եթե ​​մոլորակի ձգողականությունն այնքան ուժեղ է, որ փախուստի արագությունը գերազանցում է լույսի արագությունը, ապա զենիթում արձակված լուսային մարմինները չեն կարողանա գնալ դեպի անսահմանություն: Նույնը տեղի կունենա արտացոլված լույսի դեպքում: Հետևաբար, մոլորակը անտեսանելի կլինի շատ հեռավոր դիտորդի համար: Միշելը հաշվարկել է նման R cr մոլորակի շառավիղի կրիտիկական արժեքը՝ կախված նրա M զանգվածից, որը կրճատվել է մեր Արեգակի M s զանգվածին. R cr = 3 km x M/M s:

Ջոն Միշելը հավատում էր իր բանաձևերին և ենթադրում էր, որ տիեզերքի խորքերը թաքցնում են բազմաթիվ աստղեր, որոնք հնարավոր չէ տեսնել Երկրից ոչ մի աստղադիտակով: Ավելի ուշ նույն եզրակացությանն է եկել ֆրանսիացի մեծ մաթեմատիկոս, աստղագետ և ֆիզիկոս Պիեռ Սիմոն Լապլասը, ով այն ներառել է իր «Համաշխարհային համակարգի ցուցադրության» և՛ առաջին (1796), և՛ երկրորդ (1799) հրատարակություններում։ Սակայն երրորդ հրատարակությունը լույս է տեսել 1808 թվականին, երբ ֆիզիկոսների մեծամասնությունը լույսն արդեն համարում էր եթերի թրթռումներ։ «Անտեսանելի» աստղերի գոյությունը հակասում էր լույսի ալիքային տեսությանը, և Լապլասը համարեց, որ ավելի լավ է պարզապես չհիշատակել դրանք։ Հետագա ժամանակներում այս գաղափարը համարվում էր հետաքրքրասիրություն, որը արժանի էր ներկայացնելու միայն ֆիզիկայի պատմության վերաբերյալ աշխատություններում։

Շվարցշիլդի մոդել

1915 թվականի նոյեմբերին Ալբերտ Էյնշտեյնը հրապարակեց ձգողականության տեսություն, որը նա անվանեց հարաբերականության ընդհանուր տեսություն (ՀՀ)։ Այս աշխատությունը անմիջապես երախտապարտ ընթերցող գտավ՝ ի դեմս Բեռլինի գիտությունների ակադեմիայի իր գործընկեր Կառլ Շվարցշիլդի։ Շվարցշիլդն էր, ով աշխարհում առաջինն օգտագործեց հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը՝ կոնկրետ աստղաֆիզիկական խնդիր լուծելու համար՝ հաշվարկելով տարածություն-ժամանակի չափումը չպտտվող գնդաձև մարմնից դուրս և ներսում (հատուկության համար մենք այն կանվանենք աստղ):

Շվարցշիլդի հաշվարկներից հետևում է, որ աստղի ձգողականությունը շատ չի աղավաղում տարածության և ժամանակի Նյուտոնյան կառուցվածքը միայն այն դեպքում, եթե նրա շառավիղը շատ ավելի մեծ է, քան Ջոն Միշելի հաշվարկած արժեքը: Այս պարամետրը սկզբում կոչվել է Շվարցշիլդի շառավիղ, իսկ այժմ կոչվում է գրավիտացիոն շառավիղ։ Համաձայն հարաբերականության ընդհանուր տեսության՝ ձգողականությունը չի ազդում լույսի արագության վրա, սակայն նվազեցնում է լույսի թրթիռների հաճախականությունը նույն համամասնությամբ, որքան դանդաղեցնում է ժամանակը։ Եթե ​​աստղի շառավիղը 4 անգամ մեծ է գրավիտացիոն շառավղից, ապա նրա մակերևույթի վրա ժամանակի հոսքը դանդաղում է 15%-ով, և տիեզերքը ձեռք է բերում նկատելի կորություն։ Երկու անգամ գերազանցելու դեպքում այն ​​ավելի ուժեղ է թեքվում, իսկ ժամանակը դանդաղում է 41%-ով։ Երբ հասնում է գրավիտացիոն շառավիղը, աստղի մակերևույթի վրա ժամանակը լիովին դադարում է (բոլոր հաճախականությունները գնում են զրոյի, ճառագայթումը սառչում է, և աստղը դուրս է գալիս), բայց տիեզերքի կորությունն այնտեղ դեռ վերջավոր է: Աստղից հեռու երկրաչափությունը դեռևս մնում է էվկլիդեսյան, և ժամանակը չի փոխում իր արագությունը։

Չնայած այն հանգամանքին, որ Միշելի և Շվարցշիլդի գրավիտացիոն շառավիղի արժեքները համընկնում են, մոդելներն իրենք ընդհանուր ոչինչ չունեն: Միշելի համար տարածությունն ու ժամանակը չեն փոխվում, բայց լույսը դանդաղում է։ Աստղը, որի չափերն ավելի փոքր են, քան իր գրավիտացիոն շառավիղը, շարունակում է փայլել, բայց այն տեսանելի է միայն ոչ շատ հեռավոր դիտորդի համար: Շվարցշիլդի համար լույսի արագությունը բացարձակ է, բայց տարածության և ժամանակի կառուցվածքը կախված է գրավիտացիայից։ Գրավիտացիոն շառավիղով ընկած աստղը անհետանում է ցանկացած դիտորդի համար, որտեղ էլ որ նա լինի (ավելի ճիշտ՝ այն կարելի է հայտնաբերել գրավիտացիոն էֆեկտներով, բայց ոչ ճառագայթմամբ)։

Անհավատությունից մինչև հաստատում

Շվարցշիլդը և նրա ժամանակակիցները կարծում էին, որ նման տարօրինակ տիեզերական օբյեկտներ բնության մեջ գոյություն չունեն։ Ինքը՝ Էյնշտեյնը, ոչ միայն հավատարիմ էր այս տեսակետին, այլև սխալմամբ կարծում էր, որ իրեն հաջողվել է մաթեմատիկորեն հիմնավորել իր կարծիքը։

1930-ականներին երիտասարդ հնդիկ աստղաֆիզիկոս Չանդրասեխարն ապացուցեց, որ աստղը, որը սպառել է իր միջուկային վառելիքը, թափում է իր պատյանը և վերածվում դանդաղ սառչող սպիտակ թզուկի միայն այն դեպքում, եթե նրա զանգվածը 1,4 արեգակնային զանգվածից պակաս է: Շուտով ամերիկացի Ֆրից Ցվիկին հասկացավ, որ գերնոր աստղերի պայթյուններն առաջացնում են նեյտրոնային նյութի չափազանց խիտ մարմիններ. Ավելի ուշ նույն եզրակացության է եկել Լև Լանդաուն. Չանդրասեխարի աշխատանքից հետո ակնհայտ էր, որ միայն 1,4 արեգակնային զանգվածից ավելի զանգված ունեցող աստղերը կարող են նման էվոլյուցիայի ենթարկվել: Այսպիսով, ծագեց բնական հարց. կա՞ արդյոք գերնոր աստղերի զանգվածի վերին սահման, որը թողնում են նեյտրոնային աստղերը:

30-ականների վերջին ամերիկացու ապագա հայրը ատոմային ռումբՌոբերտ Օպենհայմերը հաստատեց, որ նման սահման իրականում գոյություն ունի և չի գերազանցում մի քանի արեգակնային զանգված։ Այն ժամանակ ավելի ճշգրիտ գնահատական ​​տալ հնարավոր չէր. Այժմ հայտնի է, որ նեյտրոնային աստղերի զանգվածը պետք է լինի 1,5–3 Մ վ-ի սահմաններում։ Բայց նույնիսկ Օպենհայմերի և նրա ասպիրանտ Ջորջ Վոլկովի կոպիտ հաշվարկներից հետևեց, որ գերնոր աստղերի ամենազանգվածային ժառանգները չեն դառնում նեյտրոնային աստղեր, այլ փոխակերպվում են այլ վիճակի: 1939 թվականին Օփենհայմերը և Հարթլենդ Սնայդերը օգտագործեցին իդեալականացված մոդել՝ ապացուցելու, որ զանգվածային փլուզվող աստղը կծկվել է իր գրավիտացիոն շառավղով։ Նրանց բանաձեւերից իրականում հետեւում է, որ աստղն այսքանով կանգ չի առնում, սակայն համահեղինակները զերծ են մնացել նման արմատական ​​եզրակացությունից։

Վերջնական պատասխանը գտնվեց 20-րդ դարի երկրորդ կեսին փայլուն տեսական ֆիզիկոսների մի ամբողջ գալակտիկայի ջանքերով, այդ թվում՝ խորհրդային։ Պարզվեց, որ նման փլուզում Միշտսեղմում է աստղը «ամբողջ ճանապարհին»՝ ամբողջությամբ ոչնչացնելով նրա նյութը: Արդյունքում առաջանում է եզակիություն՝ գրավիտացիոն դաշտի «գերկենտրոնացում»՝ փակված անսահման փոքր ծավալով։ Անշարժ անցքի համար դա կետ է, պտտվող անցքի համար՝ օղակ։ Տարածություն-ժամանակի կորությունը և, հետևաբար, եզակիության մոտ ձգողության ուժը ձգտում է դեպի անսահմանություն։ 1967 թվականի վերջին ամերիկացի ֆիզիկոս Ջոն Արչիբալդ Ուիլերն առաջինն էր, ով աստղային նման վերջնական փլուզումն անվանեց սև անցք։ Նոր տերմինը սիրվեց ֆիզիկոսների կողմից և հիացրեց լրագրողներին, որոնք այն տարածեցին աշխարհով մեկ (չնայած ֆրանսիացիներին այն սկզբում դուր չէր գալիս, քանի որ trou noir արտահայտությունը կասկածելի ասոցիացիաներ էր հուշում):

Այնտեղ, հորիզոնից այն կողմ

Սև խոռոչը ոչ նյութ է, ոչ էլ ճառագայթում: Որոշակի պատկերավորությամբ կարող ենք ասել, որ սա ինքնաբավ գրավիտացիոն դաշտ է, որը կենտրոնացած է տարածություն-ժամանակի խիստ կոր հատվածում: Նրա արտաքին սահմանը սահմանվում է փակ մակերեսով՝ իրադարձությունների հորիզոնով։ Եթե ​​աստղը մինչ փլուզումը չի պտտվել, ապա այս մակերեսը պարզվում է, որ կանոնավոր գունդ է, որի շառավիղը համընկնում է Շվարցշիլդի շառավիղի հետ։

Հորիզոնի ֆիզիկական իմաստը շատ պարզ է. Լույսի ազդանշանը, որն ուղարկվում է նրա արտաքին շրջակայքից, կարող է անցնել անսահման մեծ տարածություն: Բայց ներքին տարածաշրջանից ուղարկվող ազդանշանները ոչ միայն չեն հատի հորիզոնը, այլ անխուսափելիորեն «կընկնեն» եզակիության մեջ: Հորիզոնը տարածական սահմանն է իրադարձությունների միջև, որոնք կարող են հայտնի դառնալ երկրային (և ցանկացած այլ) աստղագետներին, և իրադարձությունների, որոնց մասին տեղեկատվություն ոչ մի դեպքում չի հայտնվի:

Ինչպես և սպասվում էր «ըստ Շվարցշիլդի», հորիզոնից հեռու անցքի ձգումը հակադարձ համեմատական ​​է հեռավորության քառակուսու հետ, ուստի հեռավոր դիտորդի համար այն դրսևորվում է որպես սովորական ծանր մարմին: Բացի զանգվածից, անցքը ժառանգում է փլուզված աստղի իներցիայի պահը և նրա էլեկտրական լիցքը։ Իսկ նախորդ աստղի մյուս բոլոր բնութագրերը (կառուցվածք, կազմ, սպեկտրային դաս և այլն) մոռացության են մատնվում։

Եկեք զոնդ ուղարկենք անցքի վրա ռադիոկայանով, որն ազդանշան է ուղարկում վայրկյանը մեկ՝ համաձայն ինքնաթիռի ժամանակի: Հեռավոր դիտորդի համար, քանի որ զոնդը մոտենում է հորիզոնին, ազդանշանների միջև ժամանակային ընդմիջումները կավելանան՝ սկզբունքորեն անսահմանափակ: Հենց նավը անցնի անտեսանելի հորիզոնը, այն ամբողջովին լռելու է «փոսից դուրս» աշխարհի համար: Այնուամենայնիվ, այս անհետացումը առանց հետքի չի լինի, քանի որ զոնդը կզիջի իր զանգվածը, լիցքը և ոլորող մոմենտը անցքին:

Սև խոռոչի ճառագայթում

Բոլոր նախորդ մոդելները կառուցվել են բացառապես ընդհանուր հարաբերականության հիման վրա։ Այնուամենայնիվ, մեր աշխարհը կառավարվում է քվանտային մեխանիկայի օրենքներով, որոնք չեն անտեսում սև խոռոչները: Այս օրենքները թույլ չեն տալիս կենտրոնական եզակիությունը դիտարկել որպես մաթեմատիկական կետ։ Քվանտային համատեքստում նրա տրամագիծը տրվում է Պլանկ-Վիլերի երկարությամբ, մոտավորապես հավասար է 10–33 սանտիմետրի։ Այս տարածքում սովորական տարածությունը դադարում է գոյություն ունենալ։ Ընդհանրապես ընդունված է, որ անցքի կենտրոնը լցված է տարբեր տոպոլոգիական կառույցներով, որոնք առաջանում և մեռնում են քվանտային հավանականության օրենքներին համապատասխան։ Նման փրփրացող քվազի տարածության հատկությունները, որը Ուիլերն անվանել է քվանտային փրփուր, դեռևս վատ են հասկացվում:

Քվանտային եզակիության առկայությունը անմիջականորեն կապված է նյութական մարմինների ճակատագրի վրա, որոնք ընկնում են սև խոռոչի խորքերը: Փոսի կենտրոնին մոտենալիս ներկայումս հայտնի նյութերից պատրաստված ցանկացած առարկա կփշրվի և կպոկվի մակընթացային ուժերով: Այնուամենայնիվ, նույնիսկ եթե ապագա ինժեներներն ու տեխնոլոգները ստեղծեն որոշ գերուժեղ համաձուլվածքներ և կոմպոզիտներ՝ ներկայումս աննախադեպ հատկություններով, դրանք բոլորը դեռ դատապարտված են անհետանալու. ի վերջո, եզակիության գոտում չկա ոչ սովորական ժամանակը, ոչ էլ սովորական տարածությունը:

Այժմ եկեք նայենք անցքի հորիզոնին քվանտային մեխանիկական ոսպնյակի միջոցով: Դատարկ տարածքը` ֆիզիկական վակուումը, իրականում ամենևին էլ դատարկ չէ: Վակուումի տարբեր դաշտերի քվանտային տատանումների պատճառով շատ վիրտուալ մասնիկներ անընդհատ ծնվում և մահանում են: Քանի որ հորիզոնի մոտ ձգողականությունը շատ ուժեղ է, դրա տատանումները ստեղծում են չափազանց ուժեղ գրավիտացիոն պայթյուններ: Նման դաշտերում արագանալիս նորածին «վիրտուալները» լրացուցիչ էներգիա են ստանում և երբեմն դառնում սովորական երկարակյաց մասնիկներ։

Վիրտուալ մասնիկները միշտ ծնվում են զույգերով, որոնք շարժվում են հակառակ ուղղություններով (դա պահանջում է իմպուլսի պահպանման օրենքը): Եթե ​​գրավիտացիոն տատանումը վակուումից հանում է մի զույգ մասնիկ, կարող է պատահել, որ դրանցից մեկը նյութականանա հորիզոնից դուրս, իսկ երկրորդը (առաջինի հակամասնիկը) ներսում։ «Ներքին» մասնիկը կընկնի անցքի մեջ, բայց «արտաքին» մասնիկը կարող է փախչել բարենպաստ պայմաններում։ Արդյունքում փոսը վերածվում է ճառագայթման աղբյուրի եւ հետեւաբար կորցնում է էներգիան եւ, հետեւաբար, զանգվածը։ Հետեւաբար, սեւ խոռոչները սկզբունքորեն կայուն չեն։

Այս երևույթը կոչվում է Հոքինգի էֆեկտ՝ անգլիացի ուշագրավ տեսական ֆիզիկոսի անունով, ով այն հայտնաբերեց 1970-ականների կեսերին։ Սթիվեն Հոքինգը, մասնավորապես, ապացուցեց, որ սև խոռոչի հորիզոնն արտանետում է ֆոտոններ ճիշտ այնպես, ինչպես բացարձակ սև մարմինը, որը տաքացվում է T = 0,5 x 10 –7 x M s /M ջերմաստիճանում: Դրանից բխում է, որ փոսը բարակելով, նրա ջերմաստիճանը բարձրանում է, և «գոլորշիացումը», բնականաբար, ուժեղանում է: Այս գործընթացը չափազանց դանդաղ է ընթանում, և M զանգվածով անցքի կյանքի տևողությունը մոտ 10 65 x (M/M s) 3 տարի է: Երբ դրա չափը հավասարվում է Պլանկ-Վիլերի երկարությանը, անցքը կորցնում է կայունությունը և պայթում՝ արձակելով նույն էներգիան, ինչ տասը մեգատոնանոց միլիոն ջրածնային ռումբերի միաժամանակյա պայթյունից։ Հետաքրքիր է, որ անցքի զանգվածը անհետացման պահին դեռ բավականին մեծ է՝ 22 միկրոգրամ։ Որոշ մոդելների համաձայն՝ անցքը չի անհետանում առանց հետքի, այլ թողնում է նույն զանգվածի կայուն մասունք, այսպես կոչված, մաքսիմոն։

Մաքսիմոնծնվել է 40 տարի առաջ՝ որպես տերմին և որպես ֆիզիկական գաղափար։ 1965 թվականին ակադեմիկոս Մ.Ա.Մարկովն առաջարկեց, որ տարրական մասնիկների զանգվածի վերին սահման կա: Նա առաջարկեց այս սահմանափակող արժեքը դիտարկել որպես զանգվածի չափ, որը կարող է համակցվել երեք հիմնական ֆիզիկական հաստատուններից՝ Պլանկի h հաստատունը, լույսի արագությունը C և գրավիտացիոն հաստատունը G (մանրամասն սիրողների համար՝ դա անելու համար ձեզ հարկավոր է. h-ը և C-ն բազմապատկելու համար ստացվածը բաժանեք G-ի և հանեք Քառակուսի արմատ) Սա նույն 22 միկրոգրամն է, որը նշված է հոդվածում, այս արժեքը կոչվում է Պլանկի զանգված: Նույն հաստատուններից կարելի է մեծություն կառուցել երկարության չափով (Պլանկ-Ուիլերի երկարությունը ստացվում է 10–33 սմ) և ժամանակի չափով (10–43 վրկ)։
Մարկովն ավելի հեռուն գնաց իր հիմնավորումներում։ Նրա վարկածների համաձայն՝ սև խոռոչի գոլորշիացումը հանգեցնում է «չոր մնացորդի»՝ մաքսիմոնի ձևավորմանը։ Մարկովը նման կառույցներն անվանել է տարրական սև խոռոչներ։ Թե որքանով է այս տեսությունը համապատասխանում իրականությանը, դեռ բաց հարց է։ Ամեն դեպքում, Մարկովի մաքսիմոնների անալոգները վերածնվել են սև խոռոչների որոշ մոդելներում, որոնք հիմնված են գերլարերի տեսության վրա:

Տիեզերքի խորքերը

Սև խոռոչներն արգելված չեն ֆիզիկայի օրենքներով, բայց արդյոք դրանք գոյություն ունեն բնության մեջ: Տիեզերքում առնվազն մեկ այդպիսի օբյեկտի առկայության բացարձակապես խիստ ապացույցներ դեռ չեն գտնվել: Այնուամենայնիվ, շատ հավանական է, որ որոշ երկուական համակարգերում ռենտգենյան ճառագայթման աղբյուրները աստղային ծագման սև խոռոչներն են։ Այս ճառագայթումը պետք է առաջանա հարեւան անցքի գրավիտացիոն դաշտի կողմից սովորական աստղի մթնոլորտի ներծծվելու արդյունքում: Երբ գազը շարժվում է դեպի իրադարձությունների հորիզոն, այն դառնում է շատ տաք և արտանետում ռենտգենյան քվանտա: Առնվազն երկու տասնյակ ռենտգենյան աղբյուրներ այժմ համարվում են սև խոռոչների դերի համար հարմար թեկնածուներ: Ավելին, աստղային վիճակագրությունը ցույց է տալիս, որ միայն մեր Գալակտիկայի մեջ կա մոտ տասը միլիոն աստղային ծագման անցք:

Սև անցքերը կարող են ձևավորվել նաև գալակտիկական միջուկներում նյութի գրավիտացիոն խտացման ժամանակ։ Ահա թե ինչպես են առաջանում միլիոնավոր ու միլիարդավոր արեգակնային զանգված ունեցող հսկա անցքեր, որոնք, ամենայն հավանականությամբ, կան բազմաթիվ գալակտիկաներում։ Հավանաբար, Ծիր Կաթինի կենտրոնում՝ փոշու ամպերի տակ թաքնված, 3-4 միլիոն արեգակնային զանգված ունեցող անցք կա։

Սթիվեն Հոքինգը եկել է այն եզրակացության, որ կամայական զանգվածի սև խոռոչներ կարող են ծնվել անմիջապես հետո Մեծ պայթյուն, որը առաջացրել է մեր Տիեզերքը։ Մինչև միլիարդ տոննա կշռող առաջնային անցքերը արդեն գոլորշիացել են, բայց ավելի ծանրները դեռ կարող են թաքնվել տիեզերքի խորքերում և ժամանակին տիեզերական հրավառություն առաջացնել։ հզոր բռնկումներգամմա ճառագայթում. Սակայն նման պայթյուններ մինչ այժմ չեն նկատվել։

Սև խոռոչի գործարան

Հնարավո՞ր է արագացուցչի մասնիկները արագացնել այնքան մեծ էներգիայի, որ դրանց բախումից առաջանա սև խոռոչ: Առաջին հայացքից այս գաղափարը պարզապես խելահեղ է՝ անցքի պայթյունը կկործանի ողջ կյանքը Երկրի վրա: Ավելին, դա տեխնիկապես անիրագործելի է։ Եթե ​​անցքի նվազագույն զանգվածը իսկապես 22 մկգ է, ապա էներգիայի միավորներով այն 10 28 էլեկտրոն վոլտ է։ Այս շեմը 15 կարգով բարձր է աշխարհի ամենահզոր արագացուցիչի՝ Մեծ հադրոնային կոլայդերի (LHC) հնարավորություններից, որը կգործարկվի CERN-ում 2007 թվականին։

Այնուամենայնիվ, հնարավոր է, որ անցքի նվազագույն զանգվածի ստանդարտ գնահատականը զգալիորեն գերագնահատված է: Ամեն դեպքում, սա ասում են ֆիզիկոսները՝ զարգացնելով գերլարերի տեսությունը, որն իր մեջ ներառում է ձգողականության քվանտային տեսությունը (թեև հեռու է ամբողջական լինելուց): Համաձայն այս տեսության՝ տարածությունը ունի ոչ թե եռաչափ, այլ առնվազն ինը։ Մենք չենք նկատում ավելորդ չափերը, քանի որ դրանք այնքան փոքր մասշտաբով են օղակված, որ մեր գործիքները չեն ընկալում դրանք: Այնուամենայնիվ, գրավիտացիան ամենուր է, այն թափանցում է թաքնված չափերի մեջ: Եռաչափ տարածության մեջ ձգողության ուժը հակադարձ համեմատական ​​է հեռավորության քառակուսուն, իսկ իննաչափ տարածության մեջ՝ ութերորդ ուժին։ Հետևաբար, բազմաչափ աշխարհում գրավիտացիոն դաշտի ինտենսիվությունը մեծանում է շատ ավելի արագ, քանի որ հեռավորությունը նվազում է, քան եռաչափ աշխարհում: Այս դեպքում Պլանկի երկարությունը մի քանի անգամ մեծանում է, իսկ անցքի նվազագույն զանգվածը կտրուկ նվազում է։

Լարերի տեսությունը կանխատեսում է, որ ընդամենը 10–20 գ զանգված ունեցող սև խոռոչը կարող է ծնվել իննաչափ տարածության մեջ։ Ցեռնի գերարագացուցչում արագացված պրոտոնների հաշվարկված հարաբերական զանգվածը մոտավորապես նույնն է։ Ամենալավատեսական սցենարի համաձայն՝ այն կկարողանա ամեն վայրկյան մեկ անցք արտադրել, որը գոյատևելու է մոտ 10–26 վայրկյան։ Նրա գոլորշիացման գործընթացում կծնվեն տարրական ամեն տեսակ մասնիկներ, որոնք գրանցելը դժվար չի լինի։ Փոսի անհետացումը կհանգեցնի էներգիայի արտազատմանը, որը բավարար չի լինի նույնիսկ մեկ միկրոգրամ ջուրը հազարերորդական աստիճանով տաքացնելու համար։ Ուստի հույս կա, որ LHC-ն կվերածվի անվնաս սեւ խոռոչների գործարանի։ Եթե ​​այս մոդելները ճիշտ են, ապա նոր սերնդի ուղեծրային տիեզերական ճառագայթների դետեկտորները կկարողանան հայտնաբերել այդպիսի անցքերը:

Վերը նշված բոլորը վերաբերում են անշարժ սև խոռոչներին: Մինչդեռ կան նաև պտտվող անցքեր, որոնք ունեն մի շարք հետաքրքիր հատկություններ։ Սև խոռոչի ճառագայթման տեսական վերլուծության արդյունքները նույնպես հանգեցրին էնտրոպիայի հայեցակարգի լուրջ վերաիմաստավորման, ինչը նույնպես առանձին քննարկման է արժանի։

Տիեզերական սուպերֆլայանիվներ

Ստատիկ էլեկտրականորեն չեզոք սև անցքերը, որոնց մասին մենք խոսեցինք, լիովին անտիպ են իրական աշխարհին: Փլուզված աստղերը սովորաբար պտտվում են և կարող են նաև ունենալ էլեկտրական լիցք:

Ճաղատության թեորեմ

Գալակտիկական միջուկներում հսկա անցքերը, ամենայն հավանականությամբ, ձևավորվել են գրավիտացիոն խտացման առաջնային կենտրոններից՝ մեկ «հետաստղային» անցքից կամ մի քանի անցքերից, որոնք միաձուլվել են բախումների արդյունքում: Նման սերմերի անցքերը կուլ են տալիս մոտակա աստղերն ու միջաստղային գազը և դրանով իսկ բազմապատիկ ավելացնում դրանց զանգվածը։ Հորիզոնից ներքև ընկած նյութը կրկին ունի և՛ էլեկտրական լիցք (տիեզերական գազի և փոշու մասնիկները հեշտությամբ իոնացվում են), և՛ պտտման պահ (անկումը տեղի է ունենում պտտվելով՝ պարույրով)։ Ցանկացածում ֆիզիկական գործընթացիներցիայի պահը և լիցքը պահպանված են, և, հետևաբար, բնական է ենթադրել, որ սև խոռոչների ձևավորումը բացառություն չէ:

Բայց ճշմարիտ է նաև ավելի ուժեղ պնդումը, որի հատուկ դեպքը ձևակերպվել է հոդվածի առաջին մասում (տե՛ս Ա. Լևին, Սև անցքերի զարմանալի պատմությունը, ժողովրդական մեխանիկա թիվ 11, 2005 թ.): Ինչ էլ որ լինեն մակրոսկոպիկ սև խոռոչի նախնիները, այն նրանցից ստանում է միայն զանգված, ոլորող մոմենտ և էլեկտրական լիցք: Ըստ Ջոն Ուիլերի՝ «սև խոռոչը մազ չունի»։ Ավելի ճիշտ կլինի ասել, որ որևէ անցքի հորիզոնից կախված է ոչ ավելի, քան երեք «մազ», ինչն ապացուցվել է 1970-ականներին մի քանի տեսական ֆիզիկոսների համատեղ ջանքերով։ Ճիշտ է, փոսում պետք է պահպանվի նաև մագնիսական լիցք, որի հիպոթետիկ կրիչները՝ մագնիսական մոնոպոլները, կանխագուշակել է Փոլ Դիրակը 1931 թվականին։ Սակայն այս մասնիկները դեռ չեն հայտնաբերվել, և դեռ վաղ է խոսել չորրորդ «մազերի» մասին։ Սկզբունքորեն, կարող են լինել լրացուցիչ «մազեր», որոնք կապված են քվանտային դաշտերի հետ, բայց մակրոսկոպիկ փոսում դրանք լիովին անտեսանելի են:

Եվ այնուամենայնիվ նրանք պտտվում են

Եթե ​​ստատիկ աստղը լիցքավորվի, տիեզերական ժամանակի չափումը կփոխվի, բայց իրադարձությունների հորիզոնը դեռ կմնա գնդաձև։ Այնուամենայնիվ, մի շարք պատճառներով աստղային և գալակտիկական սև խոռոչները չեն կարող մեծ լիցք կրել, ուստի աստղաֆիզիկայի տեսանկյունից այս դեպքն այնքան էլ հետաքրքիր չէ։ Բայց անցքի պտույտը ավելի լուրջ հետևանքներ է առաջացնում։ Նախ փոխվում է հորիզոնի ձևը։ Կենտրոնախույս ուժերը սեղմում են այն պտտման առանցքի երկայնքով և ձգում հասարակածային հարթության վրա, այնպես որ գունդը վերածվում է էլիպսոիդի նման մի բանի։ Ըստ էության, հորիզոնի հետ տեղի է ունենում նույնը, ինչ ցանկացած պտտվող մարմնի, մասնավորապես մեր մոլորակի դեպքում. չէ՞ որ Երկրի հասարակածային շառավիղը 21,5 կմ-ով ավելի է, քան բևեռայինը։ Երկրորդ, ռոտացիան նվազեցնում է հորիզոնի գծային չափերը: Հիշեք, որ հորիզոնը միջերեսն է իրադարձությունների միջև, որոնք կարող են կամ չուղարկել ազդանշաններ դեպի հեռավոր աշխարհներ: Եթե ​​անցքի ձգողականությունը գրավում է լույսի քվանտաները, ապա կենտրոնախույս ուժերը, ընդհակառակը, նպաստում են նրանց փախուստին դեպի արտաքին տարածություն։ Հետևաբար, պտտվող անցքի հորիզոնը պետք է ավելի մոտ լինի իր կենտրոնին, քան նույն զանգվածով ստատիկ աստղի հորիզոնը:

Բայց սա դեռ ամենը չէ: Իր պտույտի անցքը տանում է շրջապատող տարածությունը: Անցքի անմիջական շրջակայքում ներծծումն ավարտված է, ծայրամասում այն ​​աստիճանաբար թուլանում է։ Հետևաբար, անցքի հորիզոնը ընկղմված է տարածության հատուկ տարածաշրջանում՝ էրգոսֆերայում: Էրգոսֆերայի սահմանը բևեռներում դիպչում է հորիզոնին և հասարակածային հարթությունում հեռանում է նրանից: Այս մակերևույթի վրա տարածության ներթափանցման արագությունը հավասար է լույսի արագությանը. ներսում այն ​​ավելի մեծ է, քան լույսի արագությունը, իսկ դրսում՝ ավելի քիչ։ Հետևաբար ցանկացած նյութական մարմին, լինի դա գազի մոլեկուլ, տիեզերական փոշու մասնիկ, թե հետախուզական զոնդ, երբ այն մտնում է էրգոսֆերա, անշուշտ սկսում է պտտվել անցքի շուրջ և նույն ուղղությամբ, ինչ ինքն է։

Աստղային գեներատորներ

Էրգոսֆերայի առկայությունը, սկզբունքորեն, թույլ է տալիս փոսը օգտագործել որպես էներգիայի աղբյուր և. Թող ինչ-որ առարկա ներթափանցի էրգոսֆերա և այնտեղ բաժանվի երկու մասի: Կարող է պարզվել, որ նրանցից մեկը ընկնի հորիզոնի տակ, իսկ մյուսը կլքի էրգոսֆերան, և նրա կինետիկ էներգիան կգերազանցի ամբողջ մարմնի սկզբնական էներգիան: Էրգոսֆերան ունի նաև կարողություն ուժեղացնելու էլեկտրամագնիսական ճառագայթումը, որն ընկնում է իր վրա և կրկին ցրվում է տիեզերք (այս երևույթը կոչվում է գերճառագայթում)։

Այնուամենայնիվ, էներգիայի պահպանման օրենքը անսասան է. հավերժ շարժման մեքենաներ գոյություն չունեն: Երբ փոսը էներգիա է սնուցում մասնիկների կամ ճառագայթման մեջ, նրա սեփական պտույտի էներգիան նվազում է: Տիեզերական սուպերթռիչքը աստիճանաբար դանդաղում է, և վերջում կարող է նույնիսկ կանգ առնել։ Հաշվարկված է, որ այս կերպ անցքի զանգվածի մինչև 29%-ը կարող է վերածվել էներգիայի։ Սրանից միայն ավելի արդյունավետ պրոցեսը նյութի և հակամատերի ոչնչացումն է, քանի որ այս դեպքում զանգվածն ամբողջությամբ վերածվում է ճառագայթման։ Բայց արևային ջերմամիջուկային վառելիքը այրվում է շատ ավելի ցածր արդյունավետությամբ՝ մոտ 0,6%։

Հետևաբար, արագ պտտվող սև խոռոչը գրեթե իդեալական էներգիայի գեներատոր է տիեզերական գերքաղաքակրթությունների համար (եթե, իհարկե, այդպիսիք կան): Ամեն դեպքում, բնությունն այս ռեսուրսն օգտագործել է անհիշելի ժամանակներից: Քվազարները՝ տիեզերական ամենահզոր «ռադիոկայանները» (էլեկտրամագնիսական ալիքների աղբյուրներ), սնվում են գալակտիկաների միջուկներում տեղակայված հսկա պտտվող անցքերի էներգիայով։ Այս վարկածը առաջ են քաշել Էդվին Սալպետերը և Յակով Զելդովիչը դեռ 1964 թվականին, և այդ ժամանակվանից այն դարձել է ընդհանուր ընդունված։ Փոսին մոտեցող նյութը կազմում է օղակաձեւ կառուցվածք՝ այսպես կոչված ակրեցիոն սկավառակ։ Քանի որ անցքի մոտ տարածությունը խիստ ոլորված է իր պտույտից, սկավառակի ներքին գոտին պահվում է հասարակածային հարթությունում և դանդաղ նստում դեպի իրադարձությունների հորիզոնը։ Այս գոտում գազը մեծապես տաքանում է ներքին շփման արդյունքում և առաջացնում է ինֆրակարմիր, լույս, ուլտրամանուշակագույն և ռենտգեն ճառագայթում, իսկ երբեմն նաև գամմա ճառագայթներ: Քվազարներն արձակում են նաև ոչ ջերմային ռադիոհաղորդումներ, ինչը հիմնականում պայմանավորված է սինքրոտրոնային էֆեկտով։

Շատ մակերեսային էնտրոպիա

Ճաղատ անցքի թեորեմը շատ նենգ թակարդ է թաքցնում։ Փլուզվող աստղը գերտաք գազի մի կույտ է, որը սեղմվում է գրավիտացիոն ուժերի կողմից: Որքան բարձր է աստղային պլազմայի խտությունը և ջերմաստիճանը, այնքան ավելի քիչ կարգ ու քաոս է պարունակում այն: Քաոսի աստիճանն արտահայտվում է շատ կոնկրետ ֆիզիկական մեծությամբ՝ էնտրոպիայով։ Ժամանակի ընթացքում ցանկացած մեկուսացված օբյեկտի էնտրոպիան մեծանում է՝ սա թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի էությունն է։ Աստղի էնտրոպիան նախքան փլուզումը սկսելը չափազանց բարձր է, և անցքի էնտրոպիան կարծես չափազանց փոքր է, քանի որ անցքը միանշանակ նկարագրելու համար անհրաժեշտ է ընդամենը երեք պարամետր: Արդյո՞ք թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը խախտվում է գրավիտացիոն փլուզման ժամանակ։

Կարելի՞ է ենթադրել, որ երբ աստղը վերածվում է գերնոր աստղի, նրա էնտրոպիան տարվում է արտանետվող թաղանթի հետ միասին։ Ցավոք, ոչ. Նախ, կեղևի զանգվածը չի կարող համեմատվել աստղի զանգվածի հետ, հետևաբար էնտրոպիայի կորուստը փոքր կլինի: Երկրորդ, թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքի էլ ավելի համոզիչ մտավոր «հերքում» անելը դժվար չէ։ Թող ոչ զրոյական ջերմաստիճանի մարմինը, որն ունի որոշակի էնտրոպիա, ընկնի պատրաստի անցքի ձգողականության գոտի: Իրադարձությունների հորիզոնի տակ ընկնելով՝ այն կվերանա իր էնտրոպիայի պաշարների հետ միասին, և անցքի էնտրոպիան, ըստ երևույթին, ընդհանրապես չի ավելանա։ Գայթակղիչ է վիճել, որ այլմոլորակայինի էնտրոպիան չի անհետանում, այլ փոխանցվում է անցքի ներսը, բայց սա ընդամենը բանավոր հնարք է։ Ֆիզիկայի օրենքները կատարվում են մեզ և մեր գործիքներին հասանելի աշխարհում, և ցանկացած արտաքին դիտորդի համար իրադարձությունների հորիզոնից ներքև գտնվող տարածաշրջանը թերրա ինկոգնիտա է:

Այս պարադոքսը լուծեց Ուիլերի ասպիրանտ Ջեյկոբ Բեկենշտեյնը։ Թերմոդինամիկան ունի շատ հզոր ինտելեկտուալ ռեսուրս՝ իդեալական ջերմային շարժիչների տեսական ուսումնասիրություն։ Բեկենշտեյնը մտավոր սարք է ստեղծել, որը ջերմությունը վերածում է օգտակար աշխատանքի՝ օգտագործելով սև խոռոչը որպես ջեռուցիչ: Օգտագործելով այս մոդելը՝ նա հաշվարկել է սև խոռոչի էնտրոպիան, որը համաչափ է իրադարձությունների հորիզոնի տարածքին. Այս տարածքը համամասնական է անցքի շառավիղի քառակուսին, որը, հիշենք, համամասնական է նրա զանգվածին: Ցանկացած արտաքին օբյեկտ գրավելիս անցքի զանգվածը մեծանում է, շառավիղը երկարանում է, հորիզոնի տարածքը մեծանում է և, համապատասխանաբար, մեծանում է էնտրոպիան: Հաշվարկները ցույց են տվել, որ այլմոլորակային առարկան կուլ տված անցքի էնտրոպիան գերազանցում է այս օբյեկտի և անցքի ընդհանուր էնտրոպիան մինչև նրանց հանդիպելը: Նմանապես, փլուզվող աստղի էնտրոպիան մի քանի աստիճանով փոքր է, քան հաջորդող անցքի էնտրոպիան։ Իրականում, Բեկենշտեյնի հիմնավորումից հետևում է, որ անցքի մակերեսը ունի ոչ զրոյական ջերմաստիճան և, հետևաբար, պարզապես պարտավոր է ջերմային ֆոտոններ արտանետել (և բավականաչափ տաքանալու դեպքում՝ այլ մասնիկներ)։ Սակայն Բեկենշտեյնը չհամարձակվեց այդքան հեռու գնալ (Սթիվեն Հոքինգը գնաց այս քայլին)։

Ինչի՞ ենք հասել։ Սև խոռոչների մասին մտածելը ոչ միայն անփոփոխ է թողնում թերմոդինամիկայի երկրորդ օրենքը, այլև թույլ է տալիս հարստացնել էնտրոպիայի հայեցակարգը։ Սովորական ֆիզիկական մարմնի էնտրոպիան քիչ թե շատ համաչափ է նրա ծավալին, իսկ անցքի էնտրոպիան՝ հորիզոնի մակերեսին։ Կարելի է խստորեն ապացուցել, որ այն ավելի մեծ է, քան նույն գծային չափսերով ցանկացած նյութական օբյեկտի էնտրոպիան։ Դա նշանակում է որ առավելագույնըՏիեզերքի փակ տարածքի էնտրոպիան որոշվում է բացառապես նրա արտաքին սահմանի տարածքով: Ինչպես տեսնում ենք, սև խոռոչների հատկությունների տեսական վերլուծությունը մեզ թույլ է տալիս ընդհանուր ֆիզիկական բնույթի շատ խորը եզրակացություններ անել։

Նայելով տիեզերքի խորքերը

Ինչպե՞ս են իրականացվում տիեզերքի խորքերում սև խոռոչների որոնումը։ Popular Mechanics-ը այս հարցն ուղղեց հայտնի աստղաֆիզիկոս և Հարվարդի համալսարանի պրոֆեսոր Ռամեշ Նարայանին։

«Սև խոռոչների հայտնաբերումը պետք է համարել ժամանակակից աստղագիտության և աստղաֆիզիկայի ամենամեծ ձեռքբերումներից մեկը։ Վերջին տասնամյակների ընթացքում տիեզերքում հայտնաբերվել են հազարավոր աղբյուրներ ռենտգեն ճառագայթում, որոնցից յուրաքանչյուրը բաղկացած է սովորական աստղից և շատ փոքր ոչ լուսավոր առարկայից՝ շրջապատված ակրեցիոն սկավառակով։ Մութ մարմինները, որոնց զանգվածը տատանվում է մեկուկեսից մինչև երեք արեգակի զանգվածով, ամենայն հավանականությամբ նեյտրոնային աստղեր են: Այնուամենայնիվ, այս անտեսանելի օբյեկտների թվում կան առնվազն երկու տասնյակ գրեթե հարյուր տոկոսով սև խոռոչի թեկնածուներ: Բացի այդ, գիտնականները եկել են կոնսենսուսի, որ առնվազն երկու հսկա սև խոռոչներ թաքնված են գալակտիկական միջուկներում: Դրանցից մեկը գտնվում է մեր Գալակտիկայի կենտրոնում. ԱՄՆ-ի և Գերմանիայի աստղագետների անցած տարվա հրապարակման համաձայն՝ դրա զանգվածը կազմում է 3,7 միլիոն արևի զանգված (M s): Մի քանի տարի առաջ Հարվարդ-Սմիթսոնյան աստղաֆիզիկայի կենտրոնի իմ գործընկերներ Ջեյմս Մորանը և Լինքոլն Գրինհիլը մեծ ներդրում ունեցան NGC 4258 Սեյֆերտ գալակտիկայի կենտրոնում գտնվող անցքի կշռման գործում, որը ձգվեց 35 միլիոն մվրկ: Ամենայն հավանականությամբ, շատ գալակտիկաների միջուկներում կան մեկ միլիոնից մինչև մի քանի միլիարդ Մ վրկ զանգված ունեցող անցքեր:

Դեռևս հնարավոր չէ Երկրից հայտնաբերել սև խոռոչի իսկապես յուրահատուկ նշանը՝ իրադարձությունների հորիզոնի առկայությունը: Այնուամենայնիվ, մենք արդեն գիտենք, թե ինչպես ստուգել դրա բացակայությունը: Նեյտրոնային աստղի շառավիղը 10 կիլոմետր է; նույն մեծության կարգն է աստղերի փլուզման արդյունքում ծնված անցքերի շառավիղը։ Այնուամենայնիվ, նեյտրոնային աստղն ունի ամուր մակերես, իսկ փոսը՝ ոչ։ Նյութերի անկումը նեյտրոնային աստղի մակերեսի վրա հանգեցնում է ջերմամիջուկային պայթյունների, որոնք առաջացնում են պարբերական ռենտգենյան պոռթկումներ, որոնք տևում են մեկ վայրկյան։ Իսկ երբ գազը հասնում է սեւ խոռոչի հորիզոնին, այն անցնում է նրա տակով և իրեն որպես որևէ ճառագայթ չի դրսևորում։ Հետեւաբար, կարճ ռենտգենյան բռնկումների բացակայությունը օբյեկտի անցքային բնույթի հզոր հաստատումն է: Բոլոր երկու տասնյակ երկուական համակարգերը, որոնք ենթադրաբար պարունակում են սև խոռոչներ, նման բռնկումներ չեն արձակում:

Պետք է խոստովանել, որ այժմ մենք ստիպված ենք բավարարվել սև խոռոչների գոյության բացասական ապացույցներով։ Այն առարկաները, որոնք մենք հայտարարում ենք անցք, այլ բան չեն կարող լինել ընդհանուր ընդունված տեսական մոդելների տեսանկյունից։ Այլ կերպ ասած, մենք դրանք համարում ենք անցքեր բացառապես այն պատճառով, որ մենք ողջամտորեն չենք կարող դրանք այլ բան համարել: Հուսով եմ, որ աստղագետների հաջորդ սերունդների բախտը մի փոքր ավելի մեծ կլինի»։

Պրոֆեսոր Նարայանի խոսքերին կարելի է ավելացնել, որ աստղագետները բավականին երկար ժամանակ հավատում էին սև խոռոչների գոյության իրականությանը։ Պատմականորեն այս դիրքի առաջին հուսալի թեկնածուն շատ վառ կապույտ գերհսկայի HDE 226868 մուգ արբանյակն էր՝ 6500 լուսատարի հեռավորության վրա: Այն հայտնաբերվել է 1970-ականների սկզբին ռենտգենյան երկուական Cygnus X-1-ում: Վերջին տվյալներով նրա զանգվածը կազմում է մոտ 20 Մ վ։ Հարկ է նշել, որ այս տարվա սեպտեմբերի 20-ին հրապարակվեցին տվյալներ, որոնք գրեթե ամբողջությամբ փարատեցին մեկ այլ գալակտիկական չափերի անցքի իրականության վերաբերյալ կասկածները, որի գոյության մասին աստղագետներն առաջին անգամ կասկածում էին 17 տարի առաջ։ Այն գտնվում է M31 գալակտիկայի կենտրոնում, որն ավելի հայտնի է որպես Անդրոմեդա միգամածություն։ Galaxy M31-ը շատ հին է՝ մոտավորապես 12 միլիարդ տարեկան: Փոսը նույնպես բավականին մեծ է՝ 140 միլիոն արեգակնային զանգված։ 2005 թվականի աշնանը աստղագետներն ու աստղաֆիզիկոսները վերջապես համոզվեցին երեք գերզանգվածային սև խոռոչների և նրանց ավելի համեստ ուղեկիցների ևս մի քանի տասնյակի գոյության մեջ:

Տեսաբանների դատավճիռը

Popular Mechanics-ին հաջողվել է զրուցել նաև գրավիտացիայի տեսության երկու ամենահեղինակավոր փորձագետների հետ, ովքեր տասնամյակներ են նվիրել սև խոռոչների ոլորտում հետազոտություններին: Խնդրեցինք նրանց թվարկել այս ոլորտում ամենակարեւոր ձեռքբերումները: Ահա թե ինչ է մեզ ասել Կալթեքի տեսական ֆիզիկայի պրոֆեսոր Քիփ Թորնը.

«Եթե խոսենք մակրոսկոպիկ սև խոռոչների մասին, որոնք լավ նկարագրված են հարաբերականության ընդհանուր հավասարումներով, ապա դրանց տեսության ոլորտում հիմնական արդյունքները ստացվել են դեռևս 20-րդ դարի 60-80-ական թվականներին։ Ինչ վերաբերում է վերջին աշխատանքներին, դրանցից ամենահետաքրքիրը հնարավորություն է տվել ավելի լավ հասկանալ այն գործընթացները, որոնք տեղի են ունենում սև խոռոչի ծերացման ընթացքում: IN վերջին տարիներըԶգալի ուշադրություն է դարձվում բազմաչափ տարածություններում սև խոռոչների մոդելներին, որոնք բնականաբար հայտնվում են լարերի տեսության մեջ։ Բայց այս ուսումնասիրություններն այլևս վերաբերում են ոչ թե դասականներին, այլ դեռևս չհայտնաբերված քվանտային անցքերին: Վերջին տարիների հիմնական արդյունքը շատ համոզիչ աստղաֆիզիկական հաստատումն է մի քանի արեգակնային զանգված ունեցող անցքերի, ինչպես նաև գալակտիկաների կենտրոններում գերզանգվածային անցքերի գոյության իրականության մասին։ Այսօր արդեն կասկած չկա, որ այդ անցքերը իսկապես կան, եւ որ մենք լավ հասկանում ենք դրանց առաջացման գործընթացները»։

Ակադեմիկոս Մարկովի ուսանող, Կանադայի Ալբերտա նահանգի համալսարանի պրոֆեսոր Վալերի Ֆրոլովը նույն հարցին պատասխանեց.

«Առաջին հերթին ես կանվանեի սև խոռոչի հայտնաբերումը մեր Գալակտիկայի կենտրոնում: Շատ հետաքրքիր են նաև լրացուցիչ չափսերով տարածություններում անցքերի տեսական ուսումնասիրությունները, որոնցից բխում է մինիանցքների առաջացման հնարավորությունը բախվող արագացուցիչների փորձարկումներում և տիեզերական ճառագայթների փոխազդեցության գործընթացներում երկրային նյութի հետ։ Սթիվեն Հոքինգը վերջերս ուղարկել է թղթի նախնական տպագիր, որը ցույց է տալիս, որ սև խոռոչի ջերմային ճառագայթումը ամբողջությամբ վերադարձվում է արտաքին աշխարհտեղեկատվություն իր հորիզոնի տակ ընկած օբյեկտների վիճակի մասին: Նախկինում նա կարծում էր, որ այդ տեղեկությունն անդառնալիորեն անհետանում է, իսկ այժմ եկել է հակառակ եզրակացության. Սակայն պետք է ընդգծել, որ այս խնդիրը վերջնականապես կարող է լուծվել միայն ձգողականության քվանտային տեսության հիման վրա, որը դեռ չի կառուցվել»։

Հոքինգի աշխատանքը առանձին մեկնաբանության է արժանի։ Քվանտային մեխանիկայի ընդհանուր սկզբունքներից հետևում է, որ ոչ մի տեղեկություն չի անհետանում առանց հետքի, այլ միայն վերածվում է ոչ այնքան «ընթեռնելի» ձևի։ Այնուամենայնիվ, սև խոռոչներն անդառնալիորեն ոչնչացնում են նյութը և, ըստ երևույթին, նույնքան կոշտ են վերաբերվում տեղեկատվությանը: 1976 թվականին Հոքինգը հրապարակեց մի հոդված, որտեղ այս եզրակացությունը հաստատվում էր մաթեմատիկական ապարատի կողմից։ Որոշ տեսաբաններ համաձայն էին նրա հետ, ոմանք՝ ոչ. Մասնավորապես, լարերի տեսաբանները կարծում էին, որ տեղեկատվությունը անխորտակելի է: Անցյալ ամառ Դուբլինում կայացած կոնֆերանսի ժամանակ Հոքինգն ասաց, որ տեղեկատվությունը դեռ պահպանվում է և ջերմային ճառագայթման հետ մեկտեղ թողնում է գոլորշիացող անցքի մակերեսը։ Այս հանդիպմանը Հոքինգը ներկայացրել է իր նոր հաշվարկների միայն դիագրամը՝ խոստանալով ժամանակի ընթացքում դրանք ամբողջությամբ հրապարակել։ Իսկ այժմ, ինչպես ասաց Վալերի Ֆրոլովը, այս աշխատանքը հասանելի է դարձել նախնական տպագրության տեսքով։

Ի վերջո, մենք խնդրեցինք պրոֆեսոր Ֆրոլովին բացատրել, թե ինչու է նա սև խոռոչները համարում մարդկային բանականության ամենաֆանտաստիկ գյուտերից մեկը:

«Աստղագետները վաղուց հայտնաբերել են օբյեկտներ, որոնք հասկանալու համար չեն պահանջվում զգալիորեն նոր ֆիզիկական գաղափարներ: Սա վերաբերում է ոչ միայն մոլորակներին, աստղերին և գալակտիկաներին, այլ նաև այնպիսի էկզոտիկ մարմիններին, ինչպիսիք են սպիտակ թզուկները և նեյտրոնային աստղերը: Բայց սև խոռոչը բոլորովին այլ բան է, այն բեկում է դեպի անհայտ: Ինչ-որ մեկն ասաց, որ դրա ներսը լավագույն տեղն է անդրաշխարհը տեղադրելու համար: Անցքերի, հատկապես եզակիությունների ուսումնասիրությունը պարզապես ստիպում է օգտագործել այնպիսի ոչ ստանդարտ հասկացություններ և մոդելներ, որոնք մինչև վերջերս գործնականում չէին քննարկվում ֆիզիկայում, օրինակ՝ քվանտային գրավիտացիա և լարերի տեսություն: Այստեղ առաջանում են բազմաթիվ խնդիրներ, որոնք անսովոր են ֆիզիկայի համար, նույնիսկ ցավոտ, բայց, ինչպես այժմ պարզ է, միանգամայն իրական։ Ուստի անցքերի ուսումնասիրությունը մշտապես պահանջում է սկզբունքորեն նոր տեսական մոտեցումներ, այդ թվում՝ ֆիզիկական աշխարհի մեր գիտելիքների եզրին»։

Համաձայն Օհայոյի համալսարանի աստղագետների վերջին հայտարարության, Անդրոմեդա գալակտիկայի արտասովոր կրկնակի միջուկը բացատրվում է աստղերի կուտակմամբ, որոնք պտտվում են էլիպսաձև ուղեծրերով ինչ-որ զանգվածային օբյեկտի շուրջ, ամենայն հավանականությամբ՝ սև խոռոչի: Այս եզրակացություններն արվել են Hubble տիեզերական աստղադիտակի միջոցով ստացված տվյալների հիման վրա։ Անդրոմեդայի երկուական միջուկն առաջին անգամ հայտնաբերվեց 70-ականներին, բայց միայն 90-ականների կեսերին առաջ քաշվեց սև խոռոչների տեսությունը:

Այն գաղափարը, որ գալակտիկաների միջուկներում կան սև խոռոչներ, նորություն չէ։

Նույնիսկ բոլոր հիմքերը կան ենթադրելու, որ Ծիր Կաթինը` գալակտիկան, որին պատկանում է Երկիրը, իր միջուկում ունի մեծ սև անցք, որի զանգվածը 3 միլիոն անգամ մեծ է Արեգակի զանգվածից: Այնուամենայնիվ, Անդրոմեդա գալակտիկայի միջուկն ուսումնասիրելը, որը գտնվում է 2 միլիոն լուսատարի հեռավորության վրա, ավելի հեշտ է, քան մեր գալակտիկայի միջուկը, որտեղ լույսն անցնում է ընդամենը 30 հազար տարի. ծառերի համար անտառը չես տեսնի:

Գիտնականները նմանակում են սև խոռոչների բախումները

Թվային սիմուլյացիայի կիրառում սուպերհամակարգիչների վրա՝ պարզելու սև խոռոչների բնույթն ու վարքը, գրավիտացիոն ալիքների ուսումնասիրություն։

Առաջին անգամ Գրավիտացիոն ֆիզիկայի ինստիտուտի (Max-Planck-Institut fur Gravitationsphysik) գիտնականները, որը նաև հայտնի է որպես Ալբերտ Էյնշտեյնի ինստիտուտ և գտնվում է Պոտսդամի արվարձան Գոլմում (Գերմանիա), մոդելավորել են երկու սև խոռոչների միաձուլումը: Երկու միաձուլվող սև խոռոչների կողմից արտանետվող գրավիտացիոն ալիքների ծրագրված հայտնաբերումը պահանջում է սուպերհամակարգիչների վրա լիարժեք 3D մոդելավորում:

Սև անցքերը այնքան խիտ են, որ չեն արտացոլում և չեն արձակում որևէ լույս, ինչի պատճառով դրանք այդքան դժվար է հայտնաբերել: Այնուամենայնիվ, մի քանի տարի անց գիտնականները հույս ունեն, որ այս ոլորտում զգալի տեղաշարժ կլինի:

Գրավիտացիոն ալիքները, որոնք բառացիորեն լրացնում են արտաքին տարածությունը, կարող են հայտնաբերվել նոր միջոցների կիրառմամբ հաջորդ դարասկզբին։

Պրոֆեսոր Էդ Զեյդելի (դոկտոր Էդ Սեյդել) գլխավորությամբ գիտնականները թվային սիմուլյացիաներ են պատրաստում նման ուսումնասիրությունների համար, որոնք դիտորդներին կտրամադրեն հուսալի միջոց՝ հայտնաբերելու սև խոռոչների արտադրած ալիքները։ «Սև խոռոչների բախումները գրավիտացիոն ալիքների հիմնական աղբյուրներից մեկն են», - ասում է պրոֆեսոր Զայդելը, ով վերջին տարիներին հաջող հետազոտություն է անցկացրել գրավիտացիոն ալիքների մոդելավորման համար, որոնք առաջանում են, երբ սև խոռոչները փլուզվում են ուղիղ բախումների ժամանակ:

Այնուամենայնիվ, երկու պարուրաձև սև խոռոչների փոխազդեցությունը և դրանց միաձուլումը ավելի տարածված են, քան ուղիղ բախումները և ավելի մեծ նշանակություն ունեն աստղագիտության մեջ: Նման շոշափելի բախումները առաջին անգամ հաշվարկել է Բերնդ Բրուգմանը, ով աշխատում էր Ալբերտ Էյնշտեյնի ինստիտուտում:

Այնուամենայնիվ, այն ժամանակ հաշվողական ուժի բացակայության պատճառով նա չկարողացավ հաշվարկել այնպիսի կարևոր մանրամասներ, ինչպիսիք են արձակված գրավիտացիոն ալիքների ճշգրիտ հետքը, որը պարունակում է կարևոր տեղեկություններ բախման ժամանակ սև խոռոչների վարքագծի մասին: Բրուգմանը հրապարակել է վերջին արդյունքները International Journal of Modern Physics ամսագրում։

Իր առաջին հաշվարկներում Բրուգմանը օգտագործել է ինստիտուտի Origin 2000 սերվերը, որը ներառում է 32 առանձին պրոցեսոր, որոնք աշխատում են զուգահեռաբար՝ 3 միլիարդ գործողություն վայրկյանում ընդհանուր առավելագույն կատարողականությամբ: Եվ այս տարվա հունիսին Բրուգմանից, Զայդելից և այլ գիտնականներից կազմված միջազգային թիմն արդեն աշխատում էր Գերհամակարգչային կիրառությունների ազգային կենտրոնում (NCSA) շատ ավելի հզոր 256 պրոցեսորով Origin 2000 սուպերհամակարգչի հետ: Խմբում ընդգրկված էին նաև գիտնականներ

Սենթ Լուիսի համալսարան (ԱՄՆ) և Բեռլինի Konrad-Zuse-Zentrum հետազոտական ​​կենտրոնից: Այս սուպերհամակարգիչը տրամադրեց անհավասար զանգվածի սև խոռոչների շոշափելի բախումների, ինչպես նաև դրանց պտույտի առաջին մանրամասն մոդելավորումը, որը Բրուգմանը նախկինում ուսումնասիրել էր։ Վերներ Բենգերը Konrad-Zuse-Zentrum-ից նույնիսկ կարողացավ վերարտադրել բախման գործընթացի ցնցող պատկերը: Ցույց տրվեց, թե ինչպես են «սև հրեշները», որոնց զանգվածը տատանվում է մեկից մինչև մի քանի հարյուր միլիոն արևի զանգվածով, միաձուլվելով՝ ստեղծելով գրավիտացիոն ալիքների պայթյուններ, որոնք շուտով կարող են հայտնաբերվել հատուկ միջոցներով։

Սրա ամենակարեւոր արդյունքներից մեկը հետազոտական ​​աշխատանքգրավիտացիոն ալիքների տեսքով սև խոռոչների բախման ժամանակ արտանետված հսկայական էներգիայի հայտնաբերումն էր: Եթե ​​10 և 15 արեգակնային զանգվածին համարժեք զանգված ունեցող երկու առարկաներ մոտենալով միմյանցից 30 մղոն հեռավորության վրա և բախվեն, գրավիտացիոն էներգիայի քանակը համապատասխանում է դրանց զանգվածի 1%-ին։ «Սա հազար անգամ ավելին է, քան վերջին հինգ միլիարդ տարիների ընթացքում մեր Արեգակի թողած ամբողջ էներգիան»: - նշել է Բրուգմանը։ Քանի որ տիեզերքի խոշոր բախումները տեղի են ունենում Երկրից շատ հեռու, ազդանշանները պետք է շատ թույլ դառնան Երկիր հասնելու պահին:

Ամբողջ աշխարհում սկսվել է մի քանի բարձր ճշգրտության դետեկտորների կառուցում։

Դրանցից մեկը, որը կառուցվել է Մաքս Պլանկի ինստիտուտի կողմից, որպես գերմանա-բրիտանական Geo 600 նախագծի մի մաս, լազերային ինտերֆերոմետր է՝ 0,7 մղոն երկարությամբ: Գիտնականները հույս ունեն չափել գրավիտացիոն կարճ շեղումները, որոնք տեղի են ունենում սև խոռոչների բախումների ժամանակ, բայց նրանք ակնկալում են տարեկան միայն մեկ նման բախում և մոտ 600 միլիոն լուսատարի հեռավորության վրա: Համակարգչային մոդելներ են անհրաժեշտ՝ դիտորդներին սև խոռոչների կողմից առաջացած ալիքների հայտնաբերման վերաբերյալ հուսալի տեղեկատվություն տրամադրելու համար: Գերհամակարգչային մոդելավորման հնարավորությունների բարելավման շնորհիվ գիտնականները գտնվում են փորձարարական ֆիզիկայի նոր տեսակի շեմին:

Աստղագետներն ասում են, որ իրենք գիտեն հազարավոր սև խոռոչների գտնվելու վայրը, բայց մենք ի վիճակի չենք դրանցով որևէ փորձ անել երկրի վրա: «Միայն մեկ դեպքում մենք կկարողանանք ուսումնասիրել մանրամասները և կառուցել դրանց թվային մոդելը մեր համակարգիչներում և դիտարկել այն», - բացատրեց Ալբերտ Էյնշտեյնի ինստիտուտի տնօրեն, պրոֆեսոր Բեռնարդ Շուտցը: «Կարծում եմ, որ սև խոռոչների ուսումնասիրությունը աստղագետների համար առանցքային հետազոտական ​​թեմա կլինի հաջորդ դարի առաջին տասնամյակում»:

Ուղեկից աստղը թույլ է տալիս տեսնել գերնոր աստղի փոշին:

Սև անցքերը չեն կարող ուղղակիորեն տեսնել, բայց աստղագետները կարող են տեսնել դրանց գոյության ապացույցները, երբ գազերը թափվում են ուղեկից աստղի վրա:

Եթե ​​դինամիտը պայթեցվի, պայթուցիկի մանր բեկորները խորապես կմտնեն մոտակա առարկաների մեջ՝ այդպիսով թողնելով պայթյունի մշտական ​​ապացույցներ:

Աստղագետները հայտնաբերել են նմանատիպ հետք սև խոռոչի շուրջ պտտվող աստղի վրա՝ անհիմն չհավատալով, որ սև խոռոչը՝ նախկին աստղ, որը փլուզվել է այնքան, որ նույնիսկ լույսը չի կարող հաղթահարել իր գրավիտացիոն ձգողականությունը, ստեղծվել է գերնոր աստղի պայթյունից:

Լույսը մթության մեջ.

Այդ ժամանակ աստղագետները դիտել էին գերնոր աստղերի պայթյունները և դրանց տեղում հայտնաբերել խայտաբղետ օբյեկտներ, որոնք, նրանց կարծիքով, սև խոռոչներ էին։ Նոր հայտնագործությունը մեկ իրադարձության և մյուսի միջև կապի առաջին իրական ապացույցն է: (Սև անցքերը չեն կարող ուղղակիորեն տեսնել, բայց դրանց առկայությունը երբեմն կարելի է եզրակացնել մոտակա օբյեկտների վրա նրանց գրավիտացիոն դաշտի ազդեցությամբ:

Աստղային և սև խոռոչների համակարգը, որը կոչվում է GRO J1655-40, գտնվում է մոտավորապես 10000 լուսատարի հեռավորության վրա մեր գալակտիկայում: Ծիր Կաթին. Հայտնաբերվել է 1994 թվականին, այն գրավել է աստղագետների ուշադրությունն իր ուժեղ բռնկումներով։ ռենտգենյան ճառագայթներև ռադիոալիքների տարափ, երբ սև խոռոչը գազեր էր մղում դեպի իր ուղեկից աստղը 7,4 միլիոն մղոն հեռավորության վրա:

Իսպանիայի և Ամերիկայի հետազոտողները սկսեցին ավելի մոտիկից նայել ուղեկից աստղին, հավատալով, որ այն կարող է պահպանել որոշ հետքեր, որոնք ցույց են տալիս սև խոռոչի ձևավորման գործընթացը:

Ենթադրվում է, որ աստղի չափի սև խոռոչները մեծ աստղերի մարմիններ են, որոնք պարզապես փոքրացել են մինչև այդ չափը իրենց ամբողջ ջրածնի վառելիքը օգտագործելուց հետո: Սակայն դեռևս անհասկանալի պատճառներով մահացող աստղը պայթելուց առաջ վերածվում է գերնոր աստղի:

1994 թվականի օգոստոսին և սեպտեմբերին GRO J1655-40-ի դիտարկումները ցույց են տվել, որ արտանետվող գազը հոսել է լույսի արագության մինչև 92%-ի արագությամբ, ինչը սև խոռոչի առկայության մասնակի ապացույց է:

Աստղային փոշի.

Եթե ​​գիտնականները չեն սխալվում, ապա պայթող աստղերից մի քանիսը, որոնք, հավանաբար, 25-40 անգամ ավելի մեծ են եղել, քան մեր Արեգակը, վերածվել են փրկված արբանյակների։

Սա հենց այն տվյալներն են, որոնք հայտնաբերել են աստղագետները:

Ուղեկից աստղի մթնոլորտը պարունակում էր թթվածնի, մագնեզիումի, սիլիցիումի և ծծմբի նորմայից բարձր կոնցենտրացիաներ՝ ծանր տարրեր, որոնք կարող են ստեղծվել մեծ քանակությամբ միայն գերնոր աստղի պայթյունի ժամանակ ձեռք բերված բազմամիլիարդ աստիճանի ջերմաստիճանում: Սա առաջին ապացույցն էր, որն իսկապես հաստատում էր այն տեսությունը, որ որոշ սև խոռոչներ առաջին անգամ հայտնվել են որպես գերնոր աստղեր, քանի որ տեսածը չէր կարող ծնվել աստղագետների կողմից դիտված աստղից:

Սև խոռոչ հասկացությունը բոլորին է հայտնի՝ դպրոցականներից մինչև տարեցներ, այն օգտագործվում է գիտական ​​և ֆանտաստիկ գրականություն, տաբլոիդային լրատվամիջոցներում և գիտաժողովներում։ Բայց թե կոնկրետ ինչ են նման անցքերը, բոլորին հայտնի չէ։

Սև խոռոչների պատմությունից

1783 թՍև խոռոչի նման երևույթի գոյության առաջին վարկածը առաջ է քաշել անգլիացի գիտնական Ջոն Միշելը 1783 թվականին։ Իր տեսության մեջ նա միավորել է Նյուտոնի երկու ստեղծագործությունները՝ օպտիկա և մեխանիկա։ Միշելի գաղափարը հետևյալն էր. եթե լույսը մանր մասնիկների հոսք է, ապա, ինչպես բոլոր մյուս մարմինները, մասնիկները պետք է փորձեն գրավիտացիոն դաշտի ձգում: Պարզվում է, որ որքան մեծ է աստղը, այնքան լույսի համար ավելի դժվար է դիմադրում նրա գրավչությանը: Միշելից 13 տարի անց ֆրանսիացի աստղագետ և մաթեմատիկոս Լապլասը առաջ քաշեց (ամենայն հավանականությամբ, անկախ իր բրիտանացի գործընկերոջից) նմանատիպ տեսություն։

1915 թՍակայն նրանց բոլոր գործերը չպահանջված են մնացել մինչև 20-րդ դարի սկիզբը։ 1915 թվականին Ալբերտ Էյնշտեյնը հրապարակեց Հարաբերականության ընդհանուր տեսությունը և ցույց տվեց, որ գրավիտացիան մատերիայից առաջացած տարածական ժամանակի կորությունն է, իսկ մի քանի ամիս անց գերմանացի աստղագետ և տեսական ֆիզիկոս Կառլ Շվարցշիլդը օգտագործեց այն հատուկ աստղագիտական ​​խնդիր լուծելու համար։ Նա ուսումնասիրեց Արեգակի շուրջ կոր տարածություն-ժամանակի կառուցվածքը և նորից հայտնաբերեց սև խոռոչների ֆենոմենը։

(Ջոն Ուիլերը հորինել է «Սև անցքեր» տերմինը)

1967 թԱմերիկացի ֆիզիկոս Ջոն Ուիլերը ուրվագծեց մի տարածություն, որը կարելի է թղթի կտորի նման ճմռթել անվերջ փոքր կետի մեջ և այն նշանակեց «Սև անցք» տերմինով:

1974 թԲրիտանացի ֆիզիկոս Սթիվեն Հոքինգն ապացուցեց, որ սև խոռոչները, թեև կլանում են նյութը առանց վերադարձի, կարող են ճառագայթում արձակել և ի վերջո գոլորշիանալ։ Այս երևույթը կոչվում է «Հոքինգի ճառագայթում»:

2013 թՊուլսարների և քվազարների վերջին հետազոտությունները, ինչպես նաև տիեզերական միկրոալիքային ֆոնային ճառագայթման հայտնաբերումը վերջապես հնարավորություն են տվել նկարագրել սև խոռոչների գաղափարը: 2013 թվականին գազային G2 ամպը շատ մոտեցավ սև խոռոչին և, ամենայն հավանականությամբ, կլանվի դրանով, եզակի գործընթացի դիտարկումը հսկայական հնարավորություններ է տալիս սև խոռոչների առանձնահատկությունների նոր բացահայտումների համար։

(Աղեղնավոր A* զանգվածային օբյեկտը, որի զանգվածը 4 միլիոն անգամ մեծ է Արեգակից, ինչը ենթադրում է աստղերի կուտակում և սև խոռոչի ձևավորում։)

2017թ. Event Horizon աստղադիտակի մի խումբ գիտնականներ, որոնք միացնում են ութ աստղադիտակներ Երկրի մայրցամաքների տարբեր կետերից, դիտել են սև խոռոչ, որը գերզանգվածային օբյեկտ է, որը գտնվում է M87 գալակտիկաում՝ Կույս համաստեղությունում: Օբյեկտի զանգվածը 6,5 միլիարդ (!) արեգակնային զանգված է, հսկա անգամ ավելի մեծ, քան Աղեղնավոր A* զանգվածային օբյեկտը, համեմատության համար՝ մի փոքր ավելի փոքր տրամագծով, քան Արեգակից Պլուտոն հեռավորությունը:

Դիտարկումներն իրականացվել են մի քանի փուլով՝ սկսած 2017 թվականի գարնանից և 2018 թվականի ողջ ժամանակահատվածում։ Տեղեկատվության ծավալը կազմում էր petabytes, որոնք այնուհետև պետք է վերծանել և ստանալ ծայրահեղ հեռավոր օբյեկտի իրական պատկեր: Ուստի ևս երկու ամբողջ տարի պահանջվեց բոլոր տվյալները մանրակրկիտ մշակելու և մեկ ամբողջության մեջ միավորելու համար։

2019թՏվյալները հաջողությամբ վերծանվեցին և ցուցադրվեցին՝ ստեղծելով սև խոռոչի առաջին պատկերը:

(Կույս համաստեղության M87 գալակտիկայի սև խոռոչի առաջին պատկերը)

Պատկերի լուծաչափը թույլ է տալիս տեսնել օբյեկտի կենտրոնում անվերադարձ կետի ստվերը: Պատկերը ստացվել է ծայրահեղ երկար բազային ինտերֆերոմետրիկ դիտարկումների արդյունքում։ Սրանք, այսպես կոչված, սինքրոն դիտումներ են մեկ օբյեկտի վրա մի քանի ռադիոաստղադիտակներից, որոնք փոխկապակցված են ցանցով և գտնվում են տարբեր մասեր գլոբուս, ուղղված մեկ ուղղությամբ.

Ինչ են իրականում սև խոռոչները

Երևույթի լակոնիկ բացատրությունը հետևյալն է.

Սև խոռոչը տարածություն-ժամանակային շրջան է, որի գրավիտացիոն ձգողականությունը այնքան ուժեղ է, որ ոչ մի առարկա, ներառյալ լույսի քվանտան, չի կարող լքել այն:

Սև խոռոչը ժամանակին հսկայական աստղ էր: Քանի դեռ ջերմամիջուկային ռեակցիաները բարձր ճնշում են պահպանում դրա խորքերում, ամեն ինչ մնում է նորմալ։ Բայց ժամանակի ընթացքում էներգիայի մատակարարումը սպառվում է և երկնային մարմին, սեփական ձգողականության ազդեցության տակ, սկսում է սեղմվել։ Այս գործընթացի վերջնական փուլը աստղային միջուկի փլուզումն է և սև խոռոչի ձևավորումը։

• 1. Սև խոռոչը մեծ արագությամբ ցատկում է շիթը


• 2. Նյութի սկավառակը վերածվում է սև խոռոչի


• 3. Սև անցք


• 4. Սեւ խոռոչի շրջանի մանրամասն դիագրամ


• 5. Գտնված նոր դիտարկումների չափը

Ամենատարածված տեսությունն այն է, որ նմանատիպ երևույթներ կան բոլոր գալակտիկաներում, ներառյալ մեր Ծիր Կաթինի կենտրոնում: Անցքի հսկայական գրավիտացիոն ուժն ի վիճակի է իր շուրջը պահել մի քանի գալակտիկաների՝ թույլ չտալով նրանց հեռանալ միմյանցից։ «Ծածկույթի տարածքը» կարող է տարբեր լինել, ամեն ինչ կախված է սև խոռոչի վերածված աստղի զանգվածից և կարող է լինել հազարավոր լուսային տարիներ:

Շվարցշիլդի շառավիղը

Սև խոռոչի հիմնական հատկությունն այն է, որ դրա մեջ ընկած ցանկացած նյութ երբեք չի կարող վերադառնալ: Նույնը վերաբերում է լույսին: Իրենց հիմքում անցքերը մարմիններ են, որոնք ամբողջությամբ կլանում են իրենց վրա ընկած ամբողջ լույսը և չեն արձակում իրենցից որևէ մեկը: Նման առարկաները կարող են տեսողականորեն երևալ որպես բացարձակ խավարի թրոմբներ։

• 1. Շարժվող նյութը լույսի կես արագությամբ


• 2. Ֆոտոնային օղակ


• 3. Ներքին ֆոտոնային օղակ


• 4. Իրադարձությունների հորիզոնը սև խոռոչում

Սկսած Ընդհանուր տեսությունԸստ Էյնշտեյնի հարաբերականության, եթե մարմինը մոտենա անցքի կենտրոնին կրիտիկական հեռավորության վրա, այն այլևս չի կարողանա վերադառնալ: Այս հեռավորությունը կոչվում է Շվարցշիլդի շառավիղ։ Թե կոնկրետ ինչ է տեղի ունենում այս շառավղով, հստակ հայտնի չէ, բայց կա ամենատարածված տեսությունը: Ենթադրվում է, որ սև խոռոչի ամբողջ նյութը կենտրոնացած է անվերջ փոքր կետում, և դրա կենտրոնում կա անսահման խտությամբ մի առարկա, որը գիտնականներն անվանում են եզակի խանգարում:

Ինչպե՞ս է տեղի ունենում սև խոռոչի մեջ ընկնելը:

(Նկարում Աղեղնավոր A* սև խոռոչը նման է լույսի չափազանց պայծառ կլաստերի)

Ոչ վաղ անցյալում՝ 2011 թվականին, գիտնականները հայտնաբերեցին գազային ամպ՝ դրան տալով G2 պարզ անվանումը, որն արտասովոր լույս է արձակում։ Այս փայլը կարող է պայմանավորված լինել գազի և փոշու շփման պատճառով, որն առաջացել է Աղեղնավոր A* սև խոռոչի կողմից, որը պտտվում է դրա շուրջը որպես կուտակման սկավառակ: Այսպիսով, մենք դառնում ենք գերզանգվածային սև խոռոչի կողմից գազային ամպի կլանման զարմանալի երևույթի դիտորդներ։

Ըստ վերջին ուսումնասիրությունների՝ սև խոռոչին ամենամոտ մոտեցումը տեղի կունենա 2014 թվականի մարտին: Մենք կարող ենք վերստեղծել պատկերը, թե ինչպես է տեղի ունենալու այս հուզիչ տեսարանը:

• 1. Տվյալների մեջ առաջին անգամ հայտնվելով գազային ամպը նման է գազի և փոշու հսկայական գնդիկի:


• 2. Այժմ, 2013 թվականի հունիսի դրությամբ, ամպը տասնյակ միլիարդավոր կիլոմետրեր է հեռու սև խոռոչից: Նրա մեջ ընկնում է 2500 կմ/վ արագությամբ։


• 3. Ակնկալվում է, որ ամպը կանցնի սև խոռոչի կողքով, սակայն ամպի առաջավոր և հետին եզրերի վրա ազդող ծանրության տարբերության պատճառով առաջացած մակընթացային ուժերը կհանգեցնեն նրան, որ այն ավելի երկարաձգվող ձև կստանա:


• 4. Ամպը պոկվելուց հետո, ամենայն հավանականությամբ, դրա մեծ մասը կհոսի Աղեղնավոր A*-ի շուրջ ակրեցիոն սկավառակի մեջ՝ դրանում առաջացնելով հարվածային ալիքներ: Ջերմաստիճանը կբարձրանա մի քանի միլիոն աստիճանի.


• 5. Ամպի մի մասը կընկնի ուղիղ սեւ խոռոչի մեջ։ Ոչ ոք հստակ չգիտի, թե ինչ կլինի այս նյութի հետ հետո, բայց սպասվում է, որ երբ այն ընկնի, այն ռենտգենյան ճառագայթների հզոր հոսքեր կարձակի և այլևս չի երևա:

Տեսանյութ՝ սև խոռոչը կուլ է տալիս գազի ամպը

(Համակարգչային սիմուլյացիա այն մասին, թե որքան G2 գազային ամպ կկործանվի և կսպառվի Աղեղնավոր A* սև խոռոչի կողմից)

Ինչ կա սև խոռոչի ներսում

Կա մի տեսություն, որն ասում է, որ սև խոռոչը գործնականում դատարկ է ներսում, և նրա ամբողջ զանգվածը կենտրոնացած է անհավատալիորեն փոքր կետում, որը գտնվում է հենց կենտրոնում՝ եզակիության մեջ:

Մեկ այլ տեսության համաձայն, որը գոյություն ունի արդեն կես դար, այն ամենը, ինչ ընկնում է սև խոռոչի մեջ, անցնում է մեկ այլ տիեզերք, որը գտնվում է հենց սև խոռոչում: Հիմա այս տեսությունը հիմնականը չէ։

Եվ կա երրորդ՝ ամենաժամանակակից և համառ տեսությունը, ըստ որի՝ այն ամենը, ինչ ընկնում է սև խոռոչի մեջ, լուծվում է նրա մակերեսի լարերի թրթիռների մեջ, որը նշանակված է որպես իրադարձությունների հորիզոն:

Այսպիսով, ի՞նչ է իրադարձությունների հորիզոնը: Անհնար է նայել սև խոռոչի ներսում նույնիսկ գերհզոր աստղադիտակով, քանի որ նույնիսկ լույսը, մտնելով հսկա տիեզերական ձագար, հետ դուրս գալու հնարավորություն չունի: Այն ամենը, ինչ կարելի է գոնե ինչ-որ կերպ դիտարկել, գտնվում է նրա անմիջական հարևանությամբ։

Իրադարձությունների հորիզոնը սովորական մակերեսային գիծ է, որից ոչինչ (ոչ գազ, ոչ փոշի, ոչ աստղեր, ոչ լույս) չի կարող փախչել: Եվ սա Տիեզերքի սև անցքերում անվերադարձ անվերադարձ շատ խորհրդավոր կետն է: