Müasir elm adamları üçün qara dəlik kainatımızdakı ən sirli hadisələrdən biridir. Belə obyektlərin tədqiqi çətindir, onları "təcrübə ilə" sınamaq mümkün deyil. Qara dəliyin maddəsinin kütləsi, sıxlığı, bu obyektin əmələ gəlmə prosesləri, ölçüləri - bütün bunlar mütəxəssislərdə maraq, bəzən isə çaşqınlıq yaradır. Mövzunu daha ətraflı nəzərdən keçirək. Əvvəlcə belə bir obyektin nə olduğunu təhlil edək.
Ümumi məlumat
Kosmik obyektin heyrətamiz xüsusiyyəti kiçik radiusun, yüksək sıxlıqlı qara dəlik maddəsinin və inanılmaz dərəcədə böyük kütlənin birləşməsidir. Belə bir obyektin hazırda məlum olan bütün fiziki xüsusiyyətləri alimlərə qəribə görünür, çox vaxt izah olunmur. Hətta ən təcrübəli astrofiziklər belə hadisələrin xüsusiyyətlərinə hələ də heyran qalırlar. Alimlərə qara dəliyi müəyyən etməyə imkan verən əsas xüsusiyyət hadisə üfüqi, yəni sərhəddir.işıq da daxil olmaqla heç nə geri qayıtmır. Zona daimi olaraq ayrılıbsa, ayrılma sərhədi hadisə üfüqü kimi təyin olunur. Müvəqqəti ayrılma ilə, görünən bir üfüqün olması sabitlənir. Bəzən temporal çox boş bir anlayışdır, yəni bölgə kainatın indiki yaşını aşan bir müddət üçün ayrıla bilər. Uzun müddət mövcud olan görünən üfüq varsa, onu hadisə üfüqündən ayırmaq çətindir.
Bir çox cəhətdən qara dəliyin xüsusiyyətləri, onu əmələ gətirən maddənin sıxlığı dünya qanunlarımızda fəaliyyət göstərən digər fiziki keyfiyyətlərlə bağlıdır. Sferik simmetrik qara dəliyin hadisə üfüqü diametri kütləsi ilə müəyyən edilən kürədir. Daha çox kütlə içəriyə çəkilirsə, çuxur daha böyükdür. Və hələ də ulduzların fonunda təəccüblü dərəcədə kiçik olaraq qalır, çünki cazibə təzyiqi içəridəki hər şeyi sıxır. Kütləsi planetimizə uyğun gələn bir çuxur təsəvvür etsək, belə bir cismin radiusu bir neçə millimetrdən çox olmayacaq, yəni yerdən on milyard az olacaq. Radius Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin həlli kimi qara dəlikləri ilk dəfə çıxaran alim Şvarsşildın şərəfinə adlandırılmışdır.
Bəs içəridə?
Belə bir obyektə girən insan çətin ki, öz üzərində böyük bir sıxlıq hiss etsin. Nə olacağına əmin olmaq üçün qara dəliyin xüsusiyyətləri yaxşı başa düşülmür, lakin elm adamları üfüqdən keçərkən xüsusi bir şeyin aşkarlana bilməyəcəyinə inanırlar. Bu, ekvivalent Eynşteyn ilə izah olunurüfüqün əyriliyini təşkil edən sahənin və müstəviyə xas olan sürətlənmənin müşahidəçi üçün niyə fərqlənmədiyini izah edən prinsip. Keçid prosesini uzaqdan izləyərkən, cismin üfüqün yaxınlığında yavaşlamağa başladığını görə bilərsiniz, sanki bu yerdə vaxt yavaş-yavaş keçir. Bir müddət sonra obyekt üfüqdən keçərək Schwarzschild radiusuna düşəcək.
Qara dəlikdəki maddənin sıxlığı, cismin kütləsi, ölçüləri və gelgit qüvvələri və cazibə sahəsi bir-biri ilə sıx bağlıdır. Radius nə qədər böyükdürsə, sıxlıq da bir o qədər aşağı olur. Radius çəki ilə artır. Tidal qüvvələr kvadrat çəki ilə tərs mütənasibdir, yəni ölçülər artdıqca və sıxlıq azaldıqca cismin gelgit qüvvələri azalır. Obyektin kütləsi çox böyük olarsa, bu faktı görməzdən əvvəl üfüqü aşmaq mümkün olacaq. Ümumi nisbi nəzəriyyənin ilk günlərində üfüqdə təkliyin olduğuna inanılırdı, lakin belə olmadığı ortaya çıxdı.
Sıxlıq haqqında
Tədqiqatların göstərdiyi kimi, kütlədən asılı olaraq qara dəliyin sıxlığı az və ya çox ola bilər. Müxtəlif obyektlər üçün bu göstərici dəyişir, lakin radiusun artması ilə həmişə azalır. Materialın yığılması səbəbindən geniş şəkildə formalaşan supermassiv deşiklər görünə bilər. Orta hesabla, kütləsi sistemimizdəki bir neçə milyard işığın ümumi kütləsinə uyğun gələn belə obyektlərin sıxlığı suyun sıxlığından azdır. Bəzən qaz sıxlığının səviyyəsi ilə müqayisə edilə bilər. Bu obyektin gelgit qüvvəsi artıq müşahidəçi üfüqdən keçdikdən sonra aktivləşirhadisələr. Hipotetik kəşfiyyatçı üfüqə yaxınlaşarkən heç bir zərər görməyəcək və disk plazmasından qorunma tapsa, minlərlə kilometrlərlə aşağı düşəcəkdi. Müşahidəçi geriyə baxmasa, üfüqün keçdiyini hiss etməyəcək və başını çevirsə, yəqin ki, üfüqdə donmuş işıq şüalarını görəcək. Müşahidəçi üçün vaxt çox yavaş axacaq, o, ölüm anına qədər dəliyin yaxınlığındakı hadisələri - ya onu, ya da Kainatı izləyə biləcək.
Fövqəlkütləvi qara dəliyin sıxlığını təyin etmək üçün onun kütləsini bilmək lazımdır. Bu kəmiyyətin qiymətini və kosmik obyektə xas olan Şvartsşild həcmini tapın. Orta hesabla, astrofiziklərin fikrincə, belə bir göstərici olduqca kiçikdir. Təsirli bir nisbətdə, hava sıxlığı səviyyəsindən azdır. Bu fenomen aşağıdakı kimi izah olunur. Schwarzschild radiusu birbaşa çəki ilə, sıxlıq isə həcmlə tərs əlaqəlidir və buna görə də Schwarzschild radiusu. Həcmi birbaşa kub radiusundan asılıdır. Kütlə xətti olaraq artır. Müvafiq olaraq, həcm çəkidən daha sürətli böyüyür və orta sıxlıq kiçik olur, tədqiq olunan obyektin radiusu bir o qədər böyük olur.
Bilmək maraqlıdır
Çuxura xas olan gelgit qüvvəsi üfüqdə kifayət qədər böyük olan cazibə qüvvəsinin qradiyentidir, ona görə də fotonlar belə buradan qaça bilməz. Eyni zamanda, parametrdə artım kifayət qədər rəvan baş verir ki, bu da müşahidəçinin özünə risk etmədən üfüqdən keçməsinə şərait yaradır.
Bir qara dəliyin sıxlığının tədqiqiobyektin mərkəzi hələ də nisbətən məhduddur. Astrofiziklər müəyyən ediblər ki, mərkəzi təklik nə qədər yaxındırsa, sıxlıq səviyyəsi də bir o qədər yüksək olur. Daha əvvəl qeyd olunan hesablama mexanizmi sizə baş verənlər haqqında çox orta fikir əldə etməyə imkan verir.
Alimlərin dəlikdə baş verənlər, onun quruluşu haqqında son dərəcə məhdud təsəvvürləri var. Astrofiziklərin fikrincə, çuxurda sıxlığın paylanması kənar müşahidəçi üçün ən azı indiki səviyyədə çox əhəmiyyətli deyil. Cazibə qüvvəsinin, çəkinin daha çox məlumatlı spesifikasiyası. Kütlə nə qədər böyükdürsə, mərkəz, üfüq daha güclüdür, bir-birindən ayrılır. Belə fərziyyələr də var: üfüqdən bir qədər kənarda materiya prinsipcə yoxdur, onu yalnız obyektin dərinliklərində aşkar etmək olar.
Rəqəmlər məlumdurmu?
Alimlər uzun müddətdir ki, qara dəliyin sıxlığı haqqında düşünürlər. Müəyyən araşdırmalar aparıldı, hesablamağa cəhd edildi. Onlardan biri budur.
Günəş kütləsi 210^30 kq-dır. Günəşdən bir neçə dəfə böyük olan obyektin yerində dəlik yarana bilər. Ən yüngül çuxurun sıxlığı orta hesabla 10^18 kq/m3 hesablanır. Bu, atomun nüvəsinin sıxlığından daha böyük bir sıradır. Neytron ulduzu üçün xarakterik olan orta sıxlıq səviyyəsindən təxminən eyni fərq.
Ölçüləri subnüvə hissəciklərinə uyğun gələn ultrayüngül dəliklərin mövcudluğu mümkündür. Belə obyektlər üçün sıxlıq indeksi çox böyük olacaq.
Planetimiz dəliyə çevrilərsə, onun sıxlığı təxminən 210^30 kq/m3 olacaq. Lakin alimlər buna nail ola bilməyiblərKosmik evimizin qara dəliyə çevrilə biləcəyi prosesləri ortaya çıxarın.
Rəqəmlər haqqında daha ətraflı
Süd Yolunun mərkəzindəki qara dəliyin sıxlığı 1,1 milyon kq/m3 olaraq qiymətləndirilir. Bu obyektin kütləsi 4 milyon günəş kütləsinə uyğundur. Çuxurun radiusu 12 milyon km qiymətləndirilir. Süd Yolunun mərkəzindəki qara dəliyin göstərilən sıxlığı superkütləvi dəliklərin fiziki parametrləri haqqında fikir verir.
Əgər hansısa cismin çəkisi 10^38 kq, yəni təqribən 100 milyon Günəş olaraq təxmin edilirsə, o zaman astronomik obyektin sıxlığı planetimizdə tapılan qranit sıxlıq səviyyəsinə uyğun olacaq.
Müasir astrofiziklərə məlum olan bütün dəliklər arasında ən ağır dəliklərdən biri OJ 287 kvazarında tapılıb. Onun çəkisi sistemimizin 18 milyard lampasına uyğundur. Alimlər qara dəliyin sıxlığının nə qədər olduğunu çox çətinlik çəkmədən hesablayıblar. Dəyərin yoxa çıxacaq dərəcədə kiçik olduğu ortaya çıxdı. Yalnız 60 q/m3-dir. Müqayisə üçün: planetimizin atmosfer havasının sıxlığı 1,29 mq/m3.
Deliklər haradan gəlir?
Alimlər təkcə sistemimizin ulduzu və ya digər kosmik cisimlərlə müqayisədə qara dəliyin sıxlığını müəyyən etmək üçün araşdırma aparmayıb, həm də dəliklərin haradan gəldiyini, belə dəliklərin əmələ gəlmə mexanizmlərinin nə olduğunu müəyyən etməyə çalışıblar. sirli obyektlər. İndi çuxurların görünməsi üçün dörd yol haqqında bir fikir var. Ən başa düşülən variant ulduzun çökməsidir. Böyük olduqda, nüvədə sintez tamamlanır,təzyiq yox olur, maddə ağırlıq mərkəzinə düşür, buna görə də bir çuxur görünür. Mərkəzə yaxınlaşdıqca sıxlıq artır. Gec-tez göstərici o qədər əhəmiyyətli olur ki, xarici obyektlər cazibə qüvvəsinin təsirini dəf edə bilmir. Bu andan etibarən yeni bir çuxur görünür. Bu növ digərlərindən daha çox yayılmışdır və günəş kütləsi dəlikləri adlanır.
Daha çox yayılmış çuxur növü superkütləli dəlikdir. Bunlar daha çox qalaktika mərkəzlərində müşahidə olunur. Yuxarıda təsvir edilən günəş kütləsi dəliyi ilə müqayisədə cismin kütləsi milyardlarla dəfə böyükdür. Elm adamları bu cür obyektlərin təzahür proseslərini hələ qurmayıblar. Ehtimal olunur ki, yuxarıda təsvir edilən mexanizmə görə əvvəlcə bir çuxur əmələ gəlir, sonra qonşu ulduzlar udulur, bu da böyüməyə səbəb olur. Bu, qalaktikanın zonası sıx məskunlaşdıqda mümkündür. Maddənin udulması yuxarıdakı sxemin izah etdiyindən daha sürətli baş verir və elm adamları udulmanın necə getdiyini hələ təxmin edə bilmirlər.
Fərziyyələr və ideyalar
Astrofiziklər üçün çox çətin mövzu ilkin dəliklərdir. Belə, yəqin ki, hər hansı bir kütlədən görünür. Böyük dalğalanmalarda meydana gələ bilərlər. Ehtimal ki, belə dəliklərin görünüşü erkən Kainatda baş verdi. İndiyə qədər qara dəliklərin keyfiyyətlərinə, xüsusiyyətlərinə (o cümlədən sıxlığına), onların meydana çıxma proseslərinə həsr olunmuş tədqiqatlar ilkin dəliyin görünmə prosesini dəqiq əks etdirən modeli müəyyən etməyə imkan vermir. Hazırda məlum olan modellər əsasən elədir ki, əgər onlar reallıqda tətbiq olunsaydı,çoxlu dəlik olardı.
Fərz edək ki, Böyük Adron Kollayderi kütləsi Hiqqs bozonuna uyğun gələn dəliyin əmələ gəlməsi mənbəyinə çevrilə bilər. Buna uyğun olaraq qara dəliyin sıxlığı çox böyük olacaq. Belə bir nəzəriyyə təsdiqlənərsə, əlavə ölçülərin mövcudluğuna dolayı sübut sayıla bilər. Hazırda bu spekulyativ nəticə hələ təsdiqlənməyib.
Çuxurdan şüalanma
Bir dəliyin emissiyası maddənin kvant təsirləri ilə izah olunur. Kosmos dinamikdir, ona görə də buradakı hissəciklər bizim öyrəşdiyimizdən tamamilə fərqlidir. Çuxurun yaxınlığında, yalnız vaxt təhrif edilmir; zərrəciyin başa düşülməsi əsasən onu kimin müşahidə etməsindən asılıdır. Əgər kimsə bir çuxura düşərsə, ona elə gəlir ki, o, boşluğa qərq olur, uzaqdan müşahidəçi üçün isə hissəciklərlə dolu zona kimi görünür. Təsiri zaman və məkanın uzanması ilə izah olunur. Çuxurdan gələn radiasiya ilk dəfə fenomenə adını verən Hawking tərəfindən müəyyən edilmişdir. Radiasiya kütləsi ilə tərs əlaqəli bir temperatura malikdir. Astronomik obyektin çəkisi nə qədər az olarsa, temperatur bir o qədər yüksək olar (həmçinin qara dəliyin sıxlığı). Əgər çuxur superkütləlidirsə və ya ulduzla müqayisə edilə bilən kütləə malikdirsə, onun radiasiyasının xas temperaturu mikrodalğalı fondan aşağı olacaq. Bu səbəbdən onu müşahidə etmək mümkün deyil.
Bu şüalanma məlumat itkisini izah edir. Bu, bir fərqli keyfiyyətə - temperatura malik olan istilik hadisəsinin adıdır. Tədqiqat vasitəsilə çuxurların əmələ gəlməsi prosesləri haqqında heç bir məlumat yoxdur, lakin belə radiasiya yayan bir obyekt eyni vaxtda kütləsini itirir (və buna görə də böyüyür.qara dəliyin sıxlığı) azalır. Proses çuxurun əmələ gəldiyi maddə ilə müəyyən edilmir, sonradan ona nə sorulduğundan asılı deyil. Alimlər çuxurun təməlinin nə olduğunu deyə bilmirlər. Üstəlik, tədqiqatlar radiasiyanın geri dönməz bir proses olduğunu, yəni kvant mexanikasında sadəcə mövcud ola bilməyəcəyini göstərdi. Bu o deməkdir ki, radiasiya kvant nəzəriyyəsi ilə uzlaşdırıla bilməz və uyğunsuzluq bu istiqamətdə əlavə iş tələb edir. Elm adamları Hokinq şüalanmasının informasiya ehtiva etməli olduğuna inansalar da, bizim onu aşkar etmək üçün hələ vasitə və imkanlarımız yoxdur.
Maraqlı: neytron ulduzları haqqında
Əgər supernəhəng varsa, bu, belə bir astronomik cismin əbədi olması demək deyil. Zamanla dəyişir, xarici təbəqələri atır. Qalıqlardan ağ cırtdanlar çıxa bilər. İkinci variant neytron ulduzlarıdır. Xüsusi proseslər ilkin bədənin nüvə kütləsi ilə müəyyən edilir. 1,4-3 günəş daxilində təxmin edilirsə, super nəhəngin məhv edilməsi çox yüksək təzyiqlə müşayiət olunur, buna görə elektronlar, sanki, protonlara basılır. Bu, neytronların əmələ gəlməsinə, neytrinoların emissiyasına səbəb olur. Fizikada buna neytron degenerativ qaz deyilir. Onun təzyiqi elədir ki, ulduz daha da büzülə bilməz.
Lakin tədqiqatların göstərdiyi kimi, yəqin ki, bütün neytron ulduzları bu şəkildə görünməyib. Onlardan bəziləri ikinci fövqəlnova kimi partlayan böyüklərin qalıqlarıdır.
Tom bədən radiusudaha çox kütlədən azdır. Əksəriyyəti üçün 10-100 km arasında dəyişir. Qara dəliklərin, neytron ulduzların sıxlıqlarını müəyyən etmək üçün tədqiqatlar aparılıb. İkincisi, testlərin göstərdiyi kimi, parametr atom parametrinə nisbətən yaxındır. Astrofiziklər tərəfindən müəyyən edilmiş xüsusi rəqəmlər: 10^10 q/sm3.
Bilmək maraqlıdır: nəzəriyyə və təcrübə
Neytron ulduzları nəzəriyyədə keçən əsrin 60-70-ci illərində proqnozlaşdırılırdı. Pulsarlar ilk kəşf edildi. Bunlar fırlanma sürəti çox yüksək olan kiçik ulduzlardır və maqnit sahəsi həqiqətən möhtəşəmdir. Pulsarın bu parametrləri orijinal ulduzdan miras aldığı güman edilir. Fırlanma müddəti millisaniyələrdən bir neçə saniyəyə qədər dəyişir. İlk məlum pulsarlar dövri radio emissiyaları yayırdılar. Bu gün rentgen spektrli radiasiyaya malik pulsarlar, qamma şüalanması məlumdur.
Təsvir olunan neytron ulduzunun əmələ gəlməsi prosesi davam edə bilər - onu heç nə dayandıra bilməz. Nüvə kütləsi üç günəş kütləsindən çox olarsa, o zaman nöqtəli cisim çox yığcamdır, ona dəliklər deyilir. Kütləsi kritikdən böyük olan qara dəliyin xüsusiyyətlərini müəyyən etmək mümkün olmayacaq. Kütlənin bir hissəsi Hokinq şüalanması səbəbindən itirilsə, radius eyni vaxtda azalacaq, beləliklə çəki dəyəri yenidən bu obyekt üçün kritik dəyərdən az olacaq.
Bir dəlik ölə bilərmi?
Alimlər hissəciklərin və antihissəciklərin iştirakı ilə bağlı proseslərin mövcudluğu ilə bağlı fərziyyələr irəli sürürlər. Elementlərin dalğalanması boş yerin xarakterizə edilməsinə səbəb ola bilərsıfır enerji səviyyəsi, bu (burada bir paradoks var!) sıfıra bərabər olmayacaq. Eyni zamanda, bədənə xas olan hadisə üfüqü mütləq qara bədənə xas olan aşağı enerji spektrini alacaq. Belə şüalanma kütlə itkisinə səbəb olacaq. Üfüq bir az daralacaq. Tutaq ki, iki cüt hissəcik və onun antaqonisti var. Bir cütdən hissəcik, digərindən isə onun antaqonisti məhv olur. Nəticədə dəlikdən uçan fotonlar var. Təklif olunan hissəciklərin ikinci cütü çuxura düşür, eyni zamanda müəyyən miqdarda kütlə, enerji udur. Tədricən bu, qara dəliyin ölümünə səbəb olur.
Nəticə olaraq
Bəzilərinə görə, qara dəlik bir növ kosmik tozsorandır. Bir çuxur bir ulduzu uda bilər, hətta qalaktikanı da "yeyə" bilər. Bir çox cəhətdən dəliyin keyfiyyətlərinin, eləcə də onun əmələ gəlməsinin xüsusiyyətlərinin izahına nisbilik nəzəriyyəsində rast gəlmək olar. Ondan məlum olur ki, zaman fasiləsiz olduğu kimi məkandır. Bu, sıxılma proseslərinin niyə dayandırıla bilmədiyini izah edir, onlar qeyri-məhdud və qeyri-məhduddur.
Bunlar, astrofiziklərin on ildən artıqdır ki, onların üzərində beyinlərini sındırdıqları bu sirli qara dəliklərdir.
