Vrimat e zeza janë ndoshta objektet astronomike më misterioze dhe enigmatike në Universin tonë, që nga momenti i zbulimit të tyre, ato kanë tërhequr vëmendjen e shkencëtarëve dhe ngacmojnë imagjinatën e shkrimtarëve të trillimeve shkencore. Çfarë janë vrimat e zeza dhe çfarë përfaqësojnë ato? Vrimat e zeza janë yje të zhdukur që, për shkak të karakteristikave të tyre fizike, kanë një densitet kaq të lartë dhe një gravitet kaq të fuqishëm sa që as drita nuk mund të ikë përtej tyre.
Historia e zbulimit të vrimave të zeza
Për herë të parë, ekzistenca teorike e vrimave të zeza, shumë kohë përpara zbulimit të tyre aktual, u sugjerua nga një farë D. Michel (një prift anglez nga qarku i Yorkshire, i cili është i interesuar për astronominë në kohën e tij të lirë) në 1783. Sipas llogaritjeve të tij, nëse e marrim tonën dhe e kompresojmë (në gjuhën moderne kompjuterike, e arkivojmë) në një rreze prej 3 km, do të formohet një forcë gravitacionale aq e madhe (thjesht e madhe) sa që as drita nuk do të jetë në gjendje ta lërë atë. . Kështu u shfaq koncepti i "vrimës së zezë", megjithëse në fakt ajo nuk është aspak e zezë, për mendimin tonë do të ishte më i përshtatshëm termi "vrimë e zezë", sepse është pikërisht mungesa e dritës.
Më vonë, në vitin 1918, shkencëtari i madh Albert Einstein shkroi për çështjen e vrimave të zeza në kontekstin e teorisë së relativitetit. Por vetëm në vitin 1967, me përpjekjet e astrofizikantit amerikan John Wheeler, koncepti i vrimave të zeza më në fund fitoi një vend në qarqet akademike.
Sido që të jetë, D. Michel, Albert Einstein dhe John Wheeler në veprat e tyre supozuan vetëm ekzistencën teorike të këtyre objekteve misterioze qiellore në hapësirën e jashtme, por zbulimi i vërtetë i vrimave të zeza u bë në vitin 1971, ishte atëherë që ata u vunë re për herë të parë në teleskop.
Kështu duket një vrimë e zezë.
Si formohen vrimat e zeza në hapësirë
Siç e dimë nga astrofizika, të gjithë yjet (përfshirë Diellin tonë) kanë një furnizim të kufizuar të karburantit. Dhe megjithëse jeta e një ylli mund të zgjasë miliarda vjet dritë, herët a vonë kjo furnizim i kushtëzuar me karburant merr fund dhe ylli "fiket". Procesi i "zbehjes" së një ylli shoqërohet me reaksione intensive, gjatë të cilave ylli pëson një transformim domethënës dhe, në varësi të madhësisë së tij, mund të kthehet në një xhuxh të bardhë, një yll neutron ose një vrimë të zezë. Për më tepër, yjet më të mëdhenj, me përmasa tepër mbresëlënëse, zakonisht kthehen në një vrimë të zezë - për shkak të ngjeshjes së këtyre madhësive më të pabesueshme, ka një rritje të shumëfishtë të masës dhe forcës gravitacionale të vrimës së zezë të sapoformuar, e cila kthehet në një një lloj fshesë me korrent galaktik - thith gjithçka dhe këdo rreth tij.
Një vrimë e zezë gëlltit një yll.
Një shënim i vogël - Dielli ynë, sipas standardeve galaktike, nuk është aspak një yll i madh dhe pas zhdukjes së tij, që do të ndodhë në rreth disa miliardë vjet, me shumë mundësi nuk do të kthehet në një vrimë të zezë.
Por le të jemi të sinqertë me ju - sot, shkencëtarët nuk i dinë ende të gjitha ndërlikimet e formimit të një vrime të zezë, pa dyshim, ky është një proces jashtëzakonisht kompleks astrofizik, i cili në vetvete mund të zgjasë miliona vjet dritë. Megjithëse është e mundur të përparohet në këtë drejtim, mund të jetë zbulimi dhe studimi i mëvonshëm i të ashtuquajturave vrima të zeza të ndërmjetme, pra yje në gjendje zhdukjeje, në të cilat po zhvillohet procesi aktiv i formimit të vrimave të zeza. Nga rruga, një yll i ngjashëm u zbulua nga astronomët në vitin 2014 në krahun e një galaktike spirale.
Sa vrima të zeza ka në Univers?
Sipas teorive të shkencëtarëve modernë, mund të ketë deri në qindra miliona vrima të zeza në galaktikën tonë Rruga e Qumështit. Mund të ketë jo më pak prej tyre në galaktikën tonë fqinje, në të cilën nuk ka asgjë për të fluturuar nga Rruga jonë e Qumështit - 2.5 milionë vite dritë.
Teoria e vrimës së zezë
Pavarësisht masës së madhe (e cila është qindra mijëra herë më e madhe se masa e Diellit tonë) dhe forcës së pabesueshme të gravitetit, nuk ishte e lehtë të shiheshin vrimat e zeza përmes teleskopit, sepse ato nuk lëshojnë fare dritë. Shkencëtarët arritën të vërejnë vrimën e zezë vetëm në momentin e "vaktit" të saj - thithjen e një ylli tjetër, në këtë moment shfaqet rrezatimi karakteristik, i cili tashmë mund të vërehet. Kështu, teoria e vrimës së zezë ka gjetur konfirmimin aktual.
Vetitë e vrimave të zeza
Vetia kryesore e një vrime të zezë janë fushat e saj gravitacionale të pabesueshme, të cilat nuk lejojnë që hapësira dhe koha përreth të qëndrojnë në gjendjen e tyre të zakonshme. Po, e dëgjuat mirë, koha brenda një vrime të zezë kalon shumë herë më ngadalë se zakonisht, dhe nëse do të ishit atje, atëherë kur të ktheheshit (nëse do të kishit kaq fat, sigurisht), do të habiteshit të vini re se kanë kaluar shekuj. në Tokë, dhe ju as nuk jeni plakur, ia keni dalë me kohë. Edhe pse le të jemi të sinqertë, nëse do të ishit brenda një vrime të zezë, vështirë se do të mbijetoni, pasi forca e gravitetit atje është e tillë që çdo objekt material thjesht do të copëtohej, madje as në copa, në atome.
Por nëse do të ishit edhe afër një vrime të zezë, brenda rrezes së fushës së saj gravitacionale, do ta kishit gjithashtu të vështirë, pasi sa më shumë t'i rezistoni gravitetit të saj, duke u përpjekur të fluturoni larg, aq më shpejt do të bini në të. Arsyeja për këtë paradoks në dukje është fusha e vorbullës gravitacionale që zotërojnë të gjitha vrimat e zeza.
Po sikur një person të bjerë në një vrimë të zezë
Avullimi i vrimave të zeza
Astronomi anglez S. Hawking zbuloi një fakt interesant: vrimat e zeza gjithashtu duket se lëshojnë avullim. Vërtetë, kjo vlen vetëm për vrimat me masë relativisht të vogël. Graviteti i fuqishëm rreth tyre lind çifte grimcash dhe antigrimcash, njëra prej tyre tërhiqet nga vrima dhe e dyta nxirret jashtë. Kështu, vrima e zezë lëshon antigrimca të forta dhe rreze gama. Ky avullim ose rrezatim nga një vrimë e zezë u emërua pas shkencëtarit që e zbuloi atë - "rrezatimi Hawking".
Vrima e zezë më e madhe
Sipas teorisë së vrimës së zezë, në qendër të pothuajse të gjitha galaktikave ka vrima të zeza të mëdha me masa nga disa milionë deri në disa miliardë masa diellore. Dhe relativisht kohët e fundit, shkencëtarët zbuluan dy vrimat më të mëdha të zeza të njohura deri më sot, ato ndodhen në dy galaktika të afërta: NGC 3842 dhe NGC 4849;
NGC 3842 është galaktika më e ndritshme në yjësinë e Luanit, e vendosur 320 milionë vite dritë larg nesh. Në qendër të saj ka një vrimë të zezë të madhe që peshon 9.7 miliardë masa diellore.
NGC 4849, një galaktikë në grupin Koma, 335 milionë vite dritë larg, krenohet me një vrimë të zezë po aq mbresëlënëse.
Fusha gravitacionale e këtyre vrimave të zeza gjigante, ose në terma akademikë, horizonti i tyre i ngjarjeve, është afërsisht 5 herë distanca nga Dielli në ! Një vrimë e tillë e zezë do të hante sistemin tonë diellor dhe as nuk do ta mbyste.
Vrima e zezë më e vogël
Por në familjen e madhe të vrimave të zeza ka edhe përfaqësues shumë të vegjël. Kështu, vrima e zezë më xhuxh e zbuluar nga shkencëtarët për momentin është vetëm 3 herë më e madhe se masa e Diellit tonë. Në fakt, ky është minimumi teorik që kërkohet për formimin e një vrime të zezë nëse ai yll do të ishte pak më i vogël, vrima nuk do të ishte formuar.
Vrimat e zeza janë kanibalë
Po, ekziston një fenomen i tillë, siç e kemi shkruar edhe më sipër, vrimat e zeza janë një lloj “fshesë me korrent galaktik” që thithin gjithçka rreth tyre, duke përfshirë... vrima të tjera të zeza. Kohët e fundit, astronomët zbuluan se një vrimë e zezë nga një galaktikë po hahej nga një grykës i zi edhe më i madh nga një galaktikë tjetër.
- Sipas hipotezave të disa shkencëtarëve, vrimat e zeza nuk janë vetëm fshesa me korrent galaktik që thithin gjithçka në vetvete, por në rrethana të caktuara ato vetë mund të lindin universe të reja.
- Vrimat e zeza mund të avullojnë me kalimin e kohës. Shkruam më lart se shkencëtari anglez Stephen Hawking zbuloi se vrimat e zeza kanë veti të rrezatimit dhe pas një periudhe shumë të gjatë kohore, kur nuk ka mbetur asgjë për të thithur përreth, vrima e zezë do të fillojë të avullojë më shumë, derisa me kalimin e kohës ajo jep të gjithë masën e saj në hapësirën përreth. Edhe pse ky është vetëm një supozim, një hipotezë.
- Vrimat e zeza ngadalësojnë kohën dhe përkulin hapësirën. Ne kemi shkruar tashmë për zgjerimin e kohës, por hapësira në kushtet e një vrime të zezë gjithashtu do të jetë plotësisht e lakuar.
- Vrimat e zeza kufizojnë numrin e yjeve në Univers. Domethënë, fushat e tyre gravitacionale pengojnë ftohjen e reve të gazit në hapësirë, nga të cilat, siç dihet, lindin yje të rinj.
Vrimat e zeza në Discovery Channel, video
Dhe në përfundim, ne ju ofrojmë një dokumentar interesant shkencor për vrimat e zeza nga Discovery Channel
Vrimat e zeza misterioze dhe të pakapshme. Ligjet e fizikës konfirmojnë mundësinë e ekzistencës së tyre në univers, por ende mbeten shumë pyetje. Vëzhgime të shumta tregojnë se vrima ekzistojnë në univers dhe ka më shumë se një milion prej këtyre objekteve.
Çfarë janë vrimat e zeza?
Në vitin 1915, kur zgjidheshin ekuacionet e Ajnshtajnit, u parashikua fenomeni i "vrimave të zeza". Sidoqoftë, komuniteti shkencor u interesua për to vetëm në 1967. Ata u quajtën më pas "yje të shembur", "yje të ngrirë".
Në ditët e sotme, një vrimë e zezë është një rajon i kohës dhe hapësirës që ka një gravitet të tillë që as një rreze drite nuk mund të shpëtojë prej saj.
Si formohen vrimat e zeza?
Ekzistojnë disa teori për shfaqjen e vrimave të zeza, të cilat ndahen në hipotetike dhe realiste. Më e thjeshta dhe më e përhapura realiste është teoria e kolapsit gravitacional të yjeve të mëdhenj.
Kur një yll mjaft masiv, para "vdekjes", rritet në madhësi dhe bëhet i paqëndrueshëm, duke përdorur karburantin e tij të fundit. Në të njëjtën kohë, masa e yllit mbetet e pandryshuar, por madhësia e tij zvogëlohet pasi ndodh i ashtuquajturi densifikimi. Me fjalë të tjera, kur ngjeshet, thelbi i rëndë "bie" në vetvete. Paralelisht me këtë, ngjeshja çon në një rritje të mprehtë të temperaturës brenda yllit dhe shtresat e jashtme të trupit qiellor shkëputen, nga të cilat formohen yje të rinj. Në të njëjtën kohë, në qendër të yllit, thelbi bie në "qendrën" e vet. Si rezultat i veprimit të forcave gravitacionale, qendra shembet në një pikë - domethënë, forcat gravitacionale janë aq të forta sa thithin bërthamën e ngjeshur. Kështu lind një vrimë e zezë, e cila fillon të shtrembërojë hapësirën dhe kohën në mënyrë që as drita të mos mund të shpëtojë prej saj.
Në qendër të të gjitha galaktikave është një vrimë e zezë supermasive. Sipas teorisë së relativitetit të Ajnshtajnit:
"Çdo masë shtrembëron hapësirën dhe kohën."
Tani imagjinoni sa shumë një vrimë e zezë shtrembëron kohën dhe hapësirën, sepse masa e saj është e madhe dhe në të njëjtën kohë e shtrydhur në një vëllim jashtëzakonisht të vogël. Kjo aftësi shkakton çuditshmërinë e mëposhtme:
“Vrimat e zeza kanë aftësinë për të ndaluar praktikisht kohën dhe për të ngjeshur hapësirën. Për shkak të këtij shtrembërimi ekstrem, vrimat bëhen të padukshme për ne.”
Nëse vrimat e zeza nuk janë të dukshme, si e dimë se ekzistojnë?
Po, edhe pse një vrimë e zezë është e padukshme, ajo duhet të jetë e dukshme për shkak të lëndës që bie në të. Ashtu si gazi yjor, i cili tërhiqet nga një vrimë e zezë, kur i afrohet horizontit të ngjarjeve, temperatura e gazit fillon të rritet në vlera ultra të larta, gjë që çon në një shkëlqim. Kjo është arsyeja pse vrimat e zeza shkëlqejnë. Falë kësaj, edhe pse të dobët, shkëlqimi, astronomët dhe astrofizikanët shpjegojnë praninë në qendër të galaktikës të një objekti me një vëllim të vogël, por një masë të madhe. Aktualisht, si rezultat i vëzhgimeve, janë zbuluar rreth 1000 objekte që janë të ngjashme në sjellje me vrimat e zeza.
Vrimat e zeza dhe galaktikat
Si mund të ndikojnë vrimat e zeza te galaktikat? Kjo pyetje shqetëson shkencëtarët në mbarë botën. Ekziston një hipotezë sipas së cilës janë vrimat e zeza të vendosura në qendër të galaktikës ato që ndikojnë në formën dhe evolucionin e saj. Dhe se kur dy galaktika përplasen, vrimat e zeza bashkohen dhe gjatë këtij procesi lëshohet një sasi kaq e madhe energjie dhe materies saqë formohen yje të rinj.
Llojet e vrimave të zeza
- Sipas teorisë ekzistuese, ekzistojnë tre lloje vrimash të zeza: yjore, supermasive dhe miniaturë. Dhe secila prej tyre u formua në një mënyrë të veçantë.
- - Vrimat e zeza të masave yjore, ajo rritet në përmasa të mëdha dhe shembet.
- Vrimat e zeza supermasive, të cilat mund të kenë një masë të barabartë me miliona Diej, ka të ngjarë të ekzistojnë në qendrat e pothuajse të gjitha galaktikave, përfshirë Rrugën tonë të Qumështit. Shkencëtarët kanë ende hipoteza të ndryshme për formimin e vrimave të zeza supermasive. Deri më tani, vetëm një gjë dihet - vrimat e zeza supermasive janë një nënprodukt i formimit të galaktikave. Vrimat e zeza supermasive - ato ndryshojnë nga ato të zakonshmet në atë që kanë një madhësi shumë të madhe, por densitet paradoksalisht të ulët. - - Askush nuk ka arritur ende të zbulojë një vrimë të zezë në miniaturë që do të kishte një masë më të vogël se Dielli. Është e mundur që vrimat në miniaturë mund të jenë formuar menjëherë pas "Big Bengut", që është fillimi i saktë i ekzistencës së universit tonë (rreth 13.7 miliardë vjet më parë).
- - Kohët e fundit, një koncept i ri u prezantua si "vrimat e zeza të bardha". Kjo është ende një vrimë e zezë hipotetike, e cila është e kundërta e një vrime të zezë. Stephen Hawking studioi në mënyrë aktive mundësinë e ekzistencës së vrimave të bardha.
- - Vrimat e zeza kuantike - ato ekzistojnë vetëm në teori deri më tani. Vrimat e zeza kuantike mund të formohen kur grimcat ultra të vogla përplasen si rezultat i një reaksioni bërthamor.
- - Vrimat e zeza primare janë gjithashtu një teori. Ato u formuan menjëherë pas origjinës së tyre.
Për momentin, ka një numër të madh pyetjesh të hapura që ende nuk kanë marrë përgjigje nga brezat e ardhshëm. Për shembull, a mund të ekzistojnë vërtet të ashtuquajturat "vrima krimbi", me ndihmën e të cilave njeriu mund të udhëtojë nëpër hapësirë dhe kohë. Çfarë ndodh saktësisht brenda një vrime të zezë dhe çfarë ligjesh u binden këto fenomene. Po zhdukja e informacionit në një vrimë të zezë?
S. TRANKOVSKY
Ndër problemet më të rëndësishme dhe më interesante të fizikës dhe astrofizikës moderne, akademiku V.L. Ginzburg përmendi çështjet që lidhen me vrimat e zeza (shih "Shkenca dhe jeta" nr. 11, 12, 1999). Ekzistenca e këtyre objekteve të çuditshme u parashikua më shumë se dyqind vjet më parë, kushtet që çuan në formimin e tyre u llogaritën saktësisht në fund të viteve '30 të shekullit të 20-të, dhe astrofizika filloi t'i studiojë seriozisht ato më pak se dyzet vjet më parë. Sot, revistat shkencore në mbarë botën publikojnë çdo vit mijëra artikuj mbi vrimat e zeza.
Formimi i një vrime të zezë mund të ndodhë në tre mënyra.
Kështu është zakon të përshkruhen proceset që ndodhin në afërsi të një vrime të zezë në kolaps. Me kalimin e kohës (Y), hapësira (X) rreth saj (zona e hijezuar) zvogëlohet, duke nxituar drejt singularitetit.
Fusha gravitacionale e një vrime të zezë sjell shtrembërime të rënda në gjeometrinë e hapësirës.
Një vrimë e zezë, e padukshme përmes një teleskopi, zbulohet vetëm nga ndikimi i saj gravitacional.
Në fushën e fuqishme gravitacionale të një vrime të zezë, lindin çifte grimcë-antigrimcë.
Lindja e një çifti grimcë-antigrimcë në laborator.
SI NDODHEN
Një trup qiellor i ndritshëm, që ka një dendësi të barabartë me atë të Tokës dhe një diametër dyqind e pesëdhjetë herë më të madh se diametri i Diellit, për shkak të forcës së gravitetit të tij, nuk do të lejojë që drita e tij të arrijë tek ne. Kështu, është e mundur që trupat më të mëdhenj të ndritshëm në Univers të mbeten të padukshëm pikërisht për shkak të madhësisë së tyre.
Pierre Simon Laplace.
Ekspozita e sistemit botëror. 1796
Në 1783, matematikani anglez John Mitchell dhe trembëdhjetë vjet më vonë, pavarësisht nga ai, astronomi dhe matematikani francez Pierre Simon Laplace, kryen një studim shumë të çuditshëm. Ata shikuan kushtet në të cilat drita nuk do të ishte në gjendje t'i shpëtonte yllit.
Logjika e shkencëtarëve ishte e thjeshtë. Për çdo objekt astronomik (planet ose yll), është e mundur të llogaritet e ashtuquajtura shpejtësia e ikjes, ose shpejtësia e dytë kozmike, e cila lejon çdo trup ose grimcë të largohet përgjithmonë prej tij. Dhe në fizikën e asaj kohe, teoria e Njutonit mbretëroi supreme, sipas së cilës drita është një rrjedhë grimcash (teoria e valëve elektromagnetike dhe kuanteve ishte ende pothuajse njëqind e pesëdhjetë vjet larg). Shpejtësia e ikjes së grimcave mund të llogaritet në bazë të barazisë së energjisë potenciale në sipërfaqen e planetit dhe energjisë kinetike të një trupi që ka "ikur" në një distancë pafundësisht të madhe. Kjo shpejtësi përcaktohet nga formula #1#
Ku M- masa e objektit hapësinor, R- rrezja e saj, G- konstante gravitacionale.
Nga kjo mund të marrim lehtësisht rrezen e një trupi të një mase të caktuar (më vonë u quajt "rrezja gravitacionale" r g "), në të cilën shpejtësia e ikjes është e barabartë me shpejtësinë e dritës:
Kjo do të thotë që një yll është i ngjeshur në një sferë me rreze r g< 2GM/c 2 do të ndalojë së lëshuari - drita nuk do të jetë në gjendje ta lërë atë. Një vrimë e zezë do të shfaqet në Univers.
Është e lehtë të llogaritet se Dielli (masa e tij është 2,1033 g) do të kthehet në një vrimë të zezë nëse tkurret në një rreze prej afërsisht 3 kilometra. Dendësia e substancës së saj do të arrijë 10 16 g/cm 3 . Rrezja e Tokës, e ngjeshur në një vrimë të zezë, do të zvogëlohej në rreth një centimetër.
Dukej e pabesueshme që në natyrë mund të kishte forca të afta për të ngjeshur një yll në një madhësi kaq të parëndësishme. Prandaj, përfundimet nga veprat e Mitchell dhe Laplace u konsideruan për më shumë se njëqind vjet si një paradoks matematikor që nuk kishte asnjë kuptim fizik.
Dëshmi rigoroze matematikore se një objekt i tillë ekzotik në hapësirë ishte i mundur u mor vetëm në 1916. Astronomi gjerman Karl Schwarzschild, pasi analizoi ekuacionet e teorisë së përgjithshme të relativitetit të Albert Ajnshtajnit, mori një rezultat interesant. Pasi studioi lëvizjen e një grimce në fushën gravitacionale të një trupi masiv, ai arriti në përfundimin: ekuacioni humbet kuptimin e tij fizik (zgjidhja e tij kthehet në pafundësi) kur r= 0 dhe r = r g.
Pikat në të cilat karakteristikat e fushës bëhen të pakuptimta quhen njëjës, domethënë të veçantë. Singulariteti në pikën zero pasqyron pikën, ose, çfarë është e njëjta gjë, strukturën qendrore simetrike të fushës (në fund të fundit, çdo trup sferik - një yll ose një planet - mund të përfaqësohet si një pikë materiale). Dhe pikat e vendosura në një sipërfaqe sferike me një rreze r g, formojnë vetë sipërfaqen nga e cila shpejtësia e ikjes është e barabartë me shpejtësinë e dritës. Në teorinë e përgjithshme të relativitetit quhet sfera singulare e Schwarzschild-it ose horizonti i ngjarjeve (pse do të bëhet e qartë më vonë).
Tashmë bazuar në shembullin e objekteve të njohura për ne - Toka dhe Dielli - është e qartë se vrimat e zeza janë objekte shumë të çuditshme. Edhe astronomët që merren me materien në vlera ekstreme të temperaturës, densitetit dhe presionit i konsiderojnë ato shumë ekzotike dhe deri vonë jo të gjithë besonin në ekzistencën e tyre. Megjithatë, indikacionet e para të mundësisë së formimit të vrimave të zeza ishin tashmë të përfshira në teorinë e përgjithshme të relativitetit të A. Einstein, e krijuar në 1915. Astronomi anglez Arthur Eddington, një nga interpretuesit dhe popullarizuesit e parë të teorisë së relativitetit, në vitet '30 nxori një sistem ekuacionesh që përshkruanin strukturën e brendshme të yjeve. Prej tyre rezulton se ylli është në ekuilibër nën ndikimin e forcave gravitacionale të drejtuara në mënyrë të kundërt dhe presionit të brendshëm të krijuar nga lëvizja e grimcave të nxehta të plazmës brenda yllit dhe presioni i rrezatimit të krijuar në thellësitë e tij. Kjo do të thotë se ylli është një top gazi, në qendër të të cilit ka një temperaturë të lartë, duke u ulur gradualisht drejt periferisë. Nga ekuacionet, në veçanti, doli se temperatura e sipërfaqes së Diellit ishte rreth 5500 gradë (që ishte mjaft në përputhje me të dhënat e matjeve astronomike), dhe në qendër të tij duhet të ishte rreth 10 milion gradë. Kjo i lejoi Eddingtonit të bënte një përfundim profetik: në këtë temperaturë "ndizet" një reaksion termonuklear, i mjaftueshëm për të siguruar shkëlqimin e Diellit. Fizikanët atomikë të asaj kohe nuk ishin dakord me këtë. Atyre iu duk se ishte shumë "ftohtë" në thellësitë e yllit: temperatura atje nuk ishte e mjaftueshme që reagimi të "shkonte". Kësaj teoricieni i tërbuar iu përgjigj: "Kërkoni një vend më të nxehtë!"
Dhe në fund, ai doli të kishte të drejtë: një reagim termonuklear ndodh me të vërtetë në qendër të yllit (një tjetër gjë është se i ashtuquajturi "modeli standard diellor", bazuar në idetë për shkrirjen termonukleare, me sa duket doli të ishte e pasaktë - shih, për shembull, "Shkenca dhe jeta" Nr. 2, 3, 2000). Por megjithatë, reagimi në qendër të yllit ndodh, ylli shkëlqen dhe rrezatimi që lind e mban atë në një gjendje të qëndrueshme. Por "karburanti" bërthamor në yll digjet. Lëshimi i energjisë ndalon, rrezatimi shuhet dhe forca që frenon tërheqjen gravitacionale zhduket. Ekziston një kufi në masën e një ylli, pas së cilës ylli fillon të tkurret në mënyrë të pakthyeshme. Llogaritjet tregojnë se kjo ndodh nëse masa e yllit i kalon dy deri në tre masa diellore.
KOLAPS GRAVITACIONAL
Në fillim, shkalla e tkurrjes së yllit është e vogël, por shpejtësia e tij rritet vazhdimisht, pasi forca e gravitetit është në përpjesëtim të zhdrejtë me katrorin e distancës. Kompresimi bëhet i pakthyeshëm; Ky proces quhet kolaps gravitacional. Shpejtësia e lëvizjes së guaskës së yllit drejt qendrës së tij rritet, duke iu afruar shpejtësisë së dritës. Dhe këtu efektet e teorisë së relativitetit fillojnë të luajnë një rol.
Shpejtësia e ikjes u llogarit në bazë të ideve të Njutonit për natyrën e dritës. Nga pikëpamja e relativitetit të përgjithshëm, dukuritë në afërsi të një ylli në kolaps ndodhin disi ndryshe. Në fushën e saj të fuqishme gravitacionale, ndodh një e ashtuquajtur zhvendosje gravitacionale e kuqe. Kjo do të thotë që frekuenca e rrezatimit që vjen nga një objekt masiv zhvendoset drejt frekuencave më të ulëta. Në kufi, në kufirin e sferës Schwarzschild, frekuenca e rrezatimit bëhet zero. Kjo do të thotë, një vëzhgues i vendosur jashtë tij nuk do të jetë në gjendje të zbulojë asgjë për atë që po ndodh brenda. Kjo është arsyeja pse sfera Schwarzschild quhet horizonti i ngjarjeve.
Por zvogëlimi i frekuencës është i barabartë me ngadalësimin e kohës, dhe kur frekuenca bëhet zero, koha ndalon. Kjo do të thotë që një vëzhgues i jashtëm do të shohë një pamje shumë të çuditshme: guaska e një ylli, duke rënë me nxitim në rritje, ndalon në vend që të arrijë shpejtësinë e dritës. Nga këndvështrimi i tij, ngjeshja do të ndalet sapo madhësia e yllit t'i afrohet gravitacionit
usu. Ai kurrë nuk do të shohë as edhe një grimcë të "zhytur" nën sferën Schwarzschiel. Por për një vëzhgues hipotetik që bie në një vrimë të zezë, gjithçka do të përfundojë brenda pak çastesh në orën e tij. Kështu, koha e kolapsit gravitacional të një ylli me madhësinë e Diellit do të jetë 29 minuta, dhe një yll neutron shumë më i dendur dhe më kompakt do të marrë vetëm 1/20,000 të sekondës. Dhe këtu ai përballet me probleme të lidhura me gjeometrinë e hapësirë-kohës pranë një vrime të zezë.
Vëzhguesi e gjen veten në një hapësirë të lakuar. Pranë rrezes gravitacionale, forcat gravitacionale bëhen pafundësisht të mëdha; ata e shtrijnë raketën me vëzhguesin astronaut në një fije pafundësisht të hollë me gjatësi të pafundme. Por ai vetë nuk do ta vërejë këtë: të gjitha deformimet e tij do të korrespondojnë me shtrembërimet e koordinatave hapësirë-kohë. Këto konsiderata, natyrisht, i referohen një rasti ideal, hipotetik. Çdo trup i vërtetë do të copëtohet nga forcat e baticës shumë kohë përpara se t'i afrohet sferës Schwarzschild.
DIMENSIONET E VRIMAVE TË ZEZA
Madhësia e një vrime të zezë, ose më saktë, rrezja e sferës Schwarzschild, është proporcionale me masën e yllit. Dhe meqenëse astrofizika nuk vendos asnjë kufizim në madhësinë e një ylli, një vrimë e zezë mund të jetë arbitrarisht e madhe. Nëse, për shembull, ai u ngrit gjatë rënies së një ylli me një masë prej 10 8 masash diellore (ose për shkak të bashkimit të qindra mijëra, apo edhe miliona yjeve relativisht të vegjël), rrezja e tij do të jetë rreth 300 milion kilometra, dyfishi i orbitës së Tokës. Dhe dendësia mesatare e substancës së një gjiganti të tillë është afër densitetit të ujit.
Me sa duket, këto janë lloji i vrimave të zeza që gjenden në qendrat e galaktikave. Në çdo rast, astronomët sot numërojnë rreth pesëdhjetë galaktika, në qendrat e të cilave, duke gjykuar nga provat indirekte (diskutuar më poshtë), ka vrima të zeza me një masë prej rreth një miliard (10 9) diellore. Galaktika jonë me sa duket ka gjithashtu vrimën e saj të zezë; Masa e saj u vlerësua mjaft saktë - 2.4. 10 6 ± 10% e masës së Diellit.
Teoria sugjeron që së bashku me supergjigantë të tillë, duhet të shfaqen edhe mini-vrima të zeza me një masë prej rreth 10 14 g dhe një rreze prej rreth 10 -12 cm (madhësia e një bërthame atomike). Ato mund të shfaqeshin në momentet e para të ekzistencës së Universit si një manifestim i johomogjenitetit shumë të fortë të hapësirë-kohës me një dendësi energjie kolosale. Kushtet që ekzistonin në Univers atëherë po realizohen tani nga studiuesit e përplasësve të fuqishëm (përshpejtuesit që përdorin rreze përplasëse). Eksperimentet në CERN në fillim të këtij viti prodhuan plazmë kuark-gluon - lëndë që ekzistonte përpara shfaqjes së grimcave elementare. Hulumtimi për këtë gjendje të materies vazhdon në Brookhaven, qendra amerikane e përshpejtuesit. Ai është i aftë të përshpejtojë grimcat në energji një e gjysmë deri në dy renditje të madhësisë më të larta se përshpejtuesi në
CERN. Eksperimenti i ardhshëm ka shkaktuar shqetësim serioz: a do të lindë një mini-vrimë e zezë gjatë zbatimit të saj, e cila do të përkulë hapësirën tonë dhe do të shkatërrojë Tokën?
Kjo frikë bëri jehonë aq të fortë sa qeveria amerikane u detyrua të mblidhte një komision autoritar për të shqyrtuar këtë mundësi. Një komision i përbërë nga studiues të shquar arriti në përfundimin: energjia e përshpejtuesit është shumë e ulët që të lindë një vrimë e zezë (ky eksperiment përshkruhet në revistën Science and Life, nr. 3, 2000).
SI TA SHIKONI TË PADUKSHMEN
Vrimat e zeza nuk lëshojnë asgjë, madje as dritë. Sidoqoftë, astronomët kanë mësuar t'i shohin ato, ose më mirë, të gjejnë "kandidatë" për këtë rol. Ekzistojnë tre mënyra për të zbuluar një vrimë të zezë.
1. Është e nevojshme të monitorohet rrotullimi i yjeve në grupime rreth një qendre të caktuar graviteti. Nëse rezulton se nuk ka asgjë në këtë qendër, dhe yjet duket se po rrotullohen rreth një hapësire boshe, mund të themi me mjaft besim: në këtë "zbrazëti" ka një vrimë të zezë. Mbi këtë bazë u supozua prania e një vrime të zezë në qendër të galaktikës sonë dhe u vlerësua masa e saj.
2. Një vrimë e zezë thith në mënyrë aktive materien në vetvete nga hapësira përreth. Pluhuri ndëryjor, gazi dhe materia nga yjet e afërt bien mbi të në një spirale, duke formuar një të ashtuquajtur disk grumbullimi, i ngjashëm me unazën e Saturnit. (Ky është pikërisht dordolec në eksperimentin Brookhaven: një mini-vrimë e zezë që u shfaq në përshpejtues do të fillojë të thithë Tokën në vetvete dhe ky proces nuk mund të ndalet me asnjë forcë.) Duke iu afruar sferës Schwarzschild, grimcat përjetojnë përshpejtimin dhe fillojnë të emetojnë në intervalin e rrezeve X. Ky rrezatim ka një spektër karakteristik të ngjashëm me rrezatimin e studiuar mirë të grimcave të përshpejtuara në një sinkrotron. Dhe nëse një rrezatim i tillë vjen nga ndonjë rajon i Universit, mund të themi me besim se duhet të ketë një vrimë të zezë atje.
3. Kur bashkohen dy vrima të zeza, ndodh rrezatimi gravitacional. Është llogaritur se nëse masa e secilës është rreth dhjetë masa diellore, atëherë kur ato të bashkohen brenda disa orësh, energjia e barabartë me 1% të masës së tyre totale do të çlirohet në formën e valëve gravitacionale. Kjo është një mijë herë më shumë se drita, nxehtësia dhe energjia tjetër që Dielli emetoi gjatë gjithë ekzistencës së tij - pesë miliardë vjet. Ata shpresojnë të zbulojnë rrezatimin gravitacional me ndihmën e observatorëve të valëve gravitacionale LIGO dhe të tjerëve, të cilët tani po ndërtohen në Amerikë dhe Evropë me pjesëmarrjen e studiuesve rusë (shih "Shkenca dhe jeta" nr. 5, 2000).
E megjithatë, megjithëse astronomët nuk kanë asnjë dyshim për ekzistencën e vrimave të zeza, askush nuk guxon të pohojë kategorikisht se saktësisht njëra prej tyre ndodhet në një pikë të caktuar të hapësirës. Etika shkencore dhe integriteti i studiuesit kërkojnë një përgjigje të qartë për pyetjen e shtruar, e cila nuk toleron mospërputhje. Nuk është e mjaftueshme për të vlerësuar masën e një objekti të padukshëm, ju duhet të matni rrezen e tij dhe të tregoni se ajo nuk e kalon rrezen e Schwarzschild. Dhe edhe brenda Galaxy tonë ky problem nuk është ende i zgjidhshëm. Kjo është arsyeja pse shkencëtarët tregojnë një përmbajtje të caktuar në raportimin e zbulimit të tyre, dhe revistat shkencore janë fjalë për fjalë të mbushura me raporte të punës teorike dhe vëzhgime të efekteve që mund të hedhin dritë mbi misterin e tyre.
Megjithatë, vrimat e zeza kanë një veçori më shumë, të parashikuar teorikisht, e cila mund të bëjë të mundur shikimin e tyre. Por, megjithatë, me një kusht: masa e vrimës së zezë duhet të jetë shumë më e vogël se masa e Diellit.
NJË VRIMË E ZEZË MUND TË JETË EDHE "E BARDHË"
Për një kohë të gjatë, vrimat e zeza konsideroheshin si mishërim i errësirës, objekte që në vakum, në mungesë të përthithjes së materies, nuk lëshojnë asgjë. Sidoqoftë, në vitin 1974, teoricieni i famshëm anglez Stephen Hawking tregoi se vrimave të zeza mund t'u caktohet një temperaturë, dhe për këtë arsye duhet të rrezatojnë.
Sipas koncepteve të mekanikës kuantike, vakuumi nuk është zbrazëti, por një lloj "shkumë e hapësirë-kohës", një përzierje e grimcave virtuale (të pavëzhgueshme në botën tonë). Megjithatë, luhatjet kuantike të energjisë mund të "nxjerrin" një çift grimcë-antigrimcë nga vakuumi. Për shembull, në përplasjen e dy ose tre kuanteve gama, një elektron dhe një pozitron do të shfaqen sikur nga asgjëja. Kjo dhe dukuri të ngjashme janë vërejtur vazhdimisht në laboratorë.
Janë luhatjet kuantike ato që përcaktojnë proceset e rrezatimit të vrimave të zeza. Nëse një çift grimcash me energji E Dhe -E(energjia totale e çiftit është zero) ndodh në afërsi të sferës Schwarzschild, fati i mëtejshëm i grimcave do të jetë i ndryshëm. Ata mund të asgjësohen pothuajse menjëherë ose të shkojnë nën horizontin e ngjarjeve së bashku. Në këtë rast, gjendja e vrimës së zezë nuk do të ndryshojë. Por nëse vetëm një grimcë shkon poshtë horizontit, vëzhguesi do të regjistrojë një tjetër dhe do t'i duket se është krijuar nga një vrimë e zezë. Në të njëjtën kohë, një vrimë e zezë që thithi një grimcë me energji -E, do të reduktojë energjinë tuaj, dhe me energji E- do të rritet.
Hawking llogariti shpejtësitë me të cilat ndodhin të gjitha këto procese dhe arriti në përfundimin: probabiliteti i përthithjes së grimcave me energji negative është më i lartë. Kjo do të thotë se vrima e zezë humbet energjinë dhe masën - ajo avullohet. Përveç kësaj, ai rrezaton si një trup plotësisht i zi me një temperaturë T = 6 . 10 -8 M Me / M kelvins, ku M c - masa e Diellit (2,10 33 g), M- masa e vrimës së zezë. Kjo marrëdhënie e thjeshtë tregon se temperatura e një vrime të zezë me një masë gjashtë herë më të madhe se ajo e diellit është e barabartë me njëqind e miliontën e një shkalle. Është e qartë se një trup i tillë i ftohtë nuk lëshon praktikisht asgjë, dhe i gjithë arsyetimi i mësipërm mbetet i vlefshëm. Mini-vrimat janë një çështje tjetër. Është e lehtë të shihet se me një masë prej 10 14 -10 30 gram, ato nxehen në dhjetëra mijëra gradë dhe nxehen të bardhë! Sidoqoftë, duhet të theksohet menjëherë se nuk ka kontradikta me vetitë e vrimave të zeza: ky rrezatim emetohet nga një shtresë mbi sferën Schwarzschild, dhe jo nën të.
Pra, vrima e zezë, e cila dukej se ishte një objekt i ngrirë përjetësisht, herët a vonë zhduket, duke u avulluar. Për më tepër, ndërsa "humb peshë", shkalla e avullimit rritet, por ende kërkon një kohë jashtëzakonisht të gjatë. Vlerësohet se mini-vrimat me peshë 10 14 gram, të cilat u shfaqën menjëherë pas Big Bengut 10-15 miliardë vjet më parë, duhet të avullojnë plotësisht deri në kohën tonë. Në fazën e fundit të jetës, temperatura e tyre arrin vlera kolosale, kështu që produktet e avullimit duhet të jenë grimca me energji jashtëzakonisht të lartë. Ndoshta janë ata që gjenerojnë shira ajri të përhapur në atmosferën e Tokës - EAS. Në çdo rast, origjina e grimcave me energji anormalisht të lartë është një tjetër problem i rëndësishëm dhe interesant që mund të lidhet ngushtë me pyetje jo më pak emocionuese në fizikën e vrimave të zeza.
« Fiksi shkencor mund të jetë i dobishëm - stimulon imagjinatën dhe heq frikën nga e ardhmja. Megjithatë, faktet shkencore mund të jenë shumë më befasuese. Fiksi shkencor as që e imagjinonte ekzistencën e gjërave të tilla si vrimat e zeza»
Stephen Hawking
Në thellësitë e universit ka mistere dhe sekrete të panumërta të fshehura për njerëzit. Një prej tyre janë vrimat e zeza - objekte që as mendjet më të mëdha të njerëzimit nuk mund t'i kuptojnë. Qindra astrofizikanë po përpiqen të zbulojnë natyrën e vrimave të zeza, por në këtë fazë ne nuk e kemi vërtetuar as ekzistencën e tyre në praktikë.
Regjisorët e filmave ua kushtojnë filmat e tyre dhe mes njerëzve të zakonshëm vrimat e zeza janë bërë një fenomen aq kulti saqë identifikohen me fundin e botës dhe vdekjen e pashmangshme. Ata kanë frikë dhe urrejtje, por në të njëjtën kohë idhullohen dhe adhurohen nga e panjohura që fshehin brenda vetes këto copëza të çuditshme të Universit. Dakord, të gëlltitet nga një vrimë e zezë është një gjë kaq romantike. Me ndihmën e tyre është e mundur dhe ata mund të bëhen edhe udhërrëfyes për ne.
Shtypi i verdhë shpesh spekulon mbi popullaritetin e vrimave të zeza. Gjetja e titujve të gazetave në lidhje me fundin e botës për shkak të një përplasjeje tjetër me një vrimë të zezë supermasive nuk është problem. Shumë më keq është se pjesa analfabete e popullsisë e merr gjithçka seriozisht dhe ngjall një panik të vërtetë. Për të sjellë pak qartësi, ne do të bëjmë një udhëtim në origjinën e zbulimit të vrimave të zeza dhe do të përpiqemi të kuptojmë se çfarë është dhe si ta trajtojmë atë.
Yje të padukshëm
Ndodh që fizikanët modernë të përshkruajnë strukturën e Universit tonë duke përdorur teorinë e relativitetit, të cilën Ajnshtajni ia dha me kujdes njerëzimit në fillim të shekullit të 20-të. Vrimat e zeza bëhen edhe më misterioze, në horizontin e ngjarjeve të të cilave pushojnë së zbatuari të gjitha ligjet e fizikës të njohura për ne, përfshirë teorinë e Ajnshtajnit. A nuk është kjo e mrekullueshme? Përveç kësaj, hamendësimi për ekzistencën e vrimave të zeza u shpreh shumë përpara se të lindte vetë Ajnshtajni.
Në 1783 pati një rritje të ndjeshme të aktivitetit shkencor në Angli. Në ato ditë, shkenca shkonte krah për krah me fenë, ata shkonin mirë së bashku dhe shkencëtarët nuk konsideroheshin më heretikë. Për më tepër, priftërinjtë ishin të angazhuar në kërkime shkencore. Një nga këta shërbëtorë të Zotit ishte pastori anglez John Michell, i cili vriste mendjen jo vetëm për çështjet e ekzistencës, por edhe për problemet tërësisht shkencore. Michell ishte një shkencëtar shumë i titulluar: fillimisht ai ishte mësues i matematikës dhe gjuhësisë së lashtë në një nga kolegjet, dhe më pas ai u pranua në Shoqërinë Mbretërore të Londrës për një numër zbulimesh.
John Michell studioi sizmologji, por në kohën e lirë i pëlqente të mendonte për të përjetshmen dhe kozmosin. Kështu ai lindi idenë se diku në thellësi të universit mund të kishte trupa supermasivë me një gravitet kaq të fuqishëm sa që për të kapërcyer forcën gravitacionale të një trupi të tillë është e nevojshme të lëvizni me një shpejtësi të barabartë ose më të madhe. sesa shpejtësia e dritës. Nëse e pranojmë një teori të tillë si të vërtetë, atëherë as drita nuk do të jetë në gjendje të zhvillojë një shpejtësi të dytë ikjeje (shpejtësia e nevojshme për të kapërcyer tërheqjen gravitacionale të trupit që largohet), kështu që një trup i tillë do të mbetet i padukshëm për syrin e lirë.
Michell e quajti teorinë e tij të re "yje të errët" dhe në të njëjtën kohë u përpoq të llogariste masën e objekteve të tilla. Ai shprehu mendimet e tij për këtë çështje në një letër të hapur drejtuar Shoqërisë Mbretërore të Londrës. Fatkeqësisht, në ato ditë një kërkim i tillë nuk kishte vlerë të veçantë për shkencën, kështu që letra e Michellit u dërgua në arkiva. Vetëm dyqind vjet më vonë, në gjysmën e dytë të shekullit të 20-të, ajo u zbulua midis mijëra të dhënave të tjera të ruajtura me kujdes në bibliotekën antike.
Dëshmia e parë shkencore për ekzistencën e vrimave të zeza
Pasi u botua Teoria e Përgjithshme e Relativitetit të Ajnshtajnit, matematikanët dhe fizikantët filluan seriozisht të zgjidhin ekuacionet e paraqitura nga shkencëtari gjerman, të cilat supozohej të na tregonin shumë gjëra të reja rreth strukturës së Universit. Astronomi dhe fizikani gjerman Karl Schwarzschild vendosi të bënte të njëjtën gjë në 1916.
Shkencëtari, duke përdorur llogaritjet e tij, arriti në përfundimin se ekzistenca e vrimave të zeza është e mundur. Ai ishte gjithashtu i pari që përshkroi atë që më vonë u quajt fraza romantike "horizonti i ngjarjeve" - kufiri imagjinar i hapësirë-kohës në një vrimë të zezë, pas kalimit të së cilës nuk ka një pikë pa kthim. Asgjë nuk do të shpëtojë nga horizonti i ngjarjeve, madje as drita. Është përtej horizontit të ngjarjeve që ndodh i ashtuquajturi "singularitet", ku ligjet e fizikës të njohura prej nesh pushojnë së zbatuari.
Duke vazhduar zhvillimin e teorisë së tij dhe zgjidhjen e ekuacioneve, Schwarzschild zbuloi sekrete të reja të vrimave të zeza për veten dhe botën. Kështu, ai ishte në gjendje, vetëm në letër, të llogariste distancën nga qendra e vrimës së zezë, ku është përqendruar masa e saj, deri në horizontin e ngjarjeve. Schwarzschild e quajti këtë distancë rreze gravitacionale.
Përkundër faktit se matematikisht, zgjidhjet e Schwarzschild ishin jashtëzakonisht të sakta dhe nuk mund të kundërshtoheshin, komuniteti shkencor i fillimit të shekullit të 20-të nuk mund ta pranonte menjëherë një zbulim kaq tronditës, dhe ekzistenca e vrimave të zeza u shfuqizua si një fantazi, e cila u shfaq çdo herë pas here në teorinë e relativitetit. Për një dekadë e gjysmë tjetër, eksplorimi i hapësirës për praninë e vrimave të zeza ishte i ngadaltë dhe vetëm disa adhurues të teorisë së fizikanit gjerman u angazhuan në të.
Yjet që lindin errësirën
Pasi ekuacionet e Ajnshtajnit u renditën në copa, ishte koha për të përdorur përfundimet e nxjerra për të kuptuar strukturën e Universit. Në veçanti, në teorinë e evolucionit yjor. Nuk është sekret që në botën tonë asgjë nuk zgjat përgjithmonë. Edhe yjet kanë ciklin e tyre të jetës, megjithëse më të gjatë se një person.
Një nga shkencëtarët e parë që u interesua seriozisht për evolucionin yjor ishte astrofizikani i ri Subramanyan Chandrasekhar, një vendas nga India. Në vitin 1930, ai botoi një vepër shkencore që përshkruante strukturën e brendshme të supozuar të yjeve, si dhe ciklet e tyre të jetës.
Tashmë në fillim të shekullit të 20-të, shkencëtarët morën me mend një fenomen të tillë si ngjeshja gravitacionale (kolapsi gravitacional). Në një moment të caktuar të jetës së tij, një yll fillon të tkurret me shpejtësi të jashtëzakonshme nën ndikimin e forcave gravitacionale. Si rregull, kjo ndodh në momentin e vdekjes së një ylli, por gjatë kolapsit gravitacional ka disa mënyra për ekzistencën e mëtejshme të një topi të nxehtë.
Këshilltari shkencor i Chandrasekhar, Ralph Fowler, një fizikant teorik i respektuar në kohën e tij, supozoi se gjatë kolapsit gravitacional çdo yll shndërrohet në një më të vogël dhe më të nxehtë - një xhuxh i bardhë. Por doli që studenti "theu" teorinë e mësuesit, e cila u nda nga shumica e fizikanëve në fillim të shekullit të kaluar. Sipas veprës së një indiani të ri, rënia e një ylli varet nga masa e tij fillestare. Për shembull, vetëm ata yje, masa e të cilëve nuk kalon 1.44 herë masa e Diellit, mund të bëhen xhuxha të bardhë. Ky numër u quajt kufiri i Chandrasekhar. Nëse masa e yllit e tejkaloi këtë kufi, atëherë ai vdes në një mënyrë krejtësisht të ndryshme. Në kushte të caktuara, një yll i tillë në momentin e vdekjes mund të rilindë në një yll të ri neutron - një tjetër mister i Universit modern. Teoria e relativitetit na tregon një mundësi tjetër - ngjeshja e yllit në vlera ultra të vogla, dhe këtu fillon argëtimi.
Në vitin 1932, një artikull u shfaq në një nga revistat shkencore në të cilin fizikani i shkëlqyer nga BRSS Lev Landau sugjeroi që gjatë kolapsit një yll supermasiv të ngjeshet në një pikë me një rreze infinitimale dhe masë të pafundme. Përkundër faktit se një ngjarje e tillë është shumë e vështirë të imagjinohet nga këndvështrimi i një personi të papërgatitur, Landau nuk ishte larg së vërtetës. Fizikani sugjeroi gjithashtu se, sipas teorisë së relativitetit, graviteti në një pikë të tillë do të jetë aq i madh sa do të fillojë të shtrembërojë hapësirë-kohën.
Astrofizikanëve u pëlqeu teoria e Landau dhe ata vazhduan ta zhvillonin atë. Në vitin 1939, në Amerikë, falë përpjekjeve të dy fizikanëve - Robert Oppenheimer dhe Hartland Snyder - u shfaq një teori që përshkruan në detaje një yll supermasive në kohën e rënies. Si rezultat i një ngjarje të tillë, duhet të ishte shfaqur një vrimë e zezë e vërtetë. Pavarësisht bindësisë së argumenteve, shkencëtarët vazhduan të mohojnë mundësinë e ekzistencës së trupave të tillë, si dhe shndërrimin e yjeve në to. Edhe Ajnshtajni u distancua nga kjo ide, duke besuar se një yll nuk ishte i aftë për transformime të tilla fenomenale. Fizikantë të tjerë nuk u kursyen në deklaratat e tyre, duke e quajtur qesharake mundësinë e ngjarjeve të tilla.
Megjithatë, shkenca gjithmonë arrin të vërtetën, mjafton të presësh pak. Dhe kështu ndodhi.
Objektet më të ndritshme në Univers
Bota jonë është një koleksion paradoksesh. Ndonjëherë në të bashkëjetojnë gjëra, bashkëjetesa e të cilave sfidon çdo logjikë. Për shembull, termi "vrimë e zezë" nuk do të lidhej nga një person normal me shprehjen "jashtëzakonisht e ndritshme", por një zbulim në fillim të viteve '60 të shekullit të kaluar i lejoi shkencëtarët ta konsideronin këtë deklaratë si të pasaktë.
Me ndihmën e teleskopëve, astrofizikanët arritën të zbulonin objekte të panjohura deri tani në qiellin me yje, të cilat silleshin shumë çuditërisht pavarësisht se dukeshin si yje të zakonshëm. Gjatë studimit të këtyre ndriçuesve të çuditshëm, shkencëtari amerikan Martin Schmidt tërhoqi vëmendjen te spektrografia e tyre, të dhënat e së cilës treguan rezultate të ndryshme nga skanimi i yjeve të tjerë. E thënë thjesht, këta yje nuk ishin si të tjerët me të cilët jemi mësuar.
Papritmas zbardhi Schmidt, dhe ai vuri re një zhvendosje në spektrin në diapazonin e kuq. Doli se këto objekte janë shumë më larg nga ne sesa yjet që jemi mësuar t'i vëzhgojmë në qiell. Për shembull, objekti i vëzhguar nga Schmidt ndodhej dy miliardë vjet e gjysmë drite larg planetit tonë, por shkëlqeu me shkëlqim si një yll rreth qindra vjet dritë larg. Rezulton se drita nga një objekt i tillë është i krahasueshëm me shkëlqimin e një galaktike të tërë. Ky zbulim ishte një zbulim i vërtetë në astrofizikë. Shkencëtari i quajti këto objekte "kuazi-yjore" ose thjesht "kuazar".
Martin Schmidt vazhdoi të studionte objekte të reja dhe zbuloi se një shkëlqim i tillë i ndritshëm mund të shkaktohet vetëm nga një arsye - shtimi. Akretimi është procesi i një trupi supermasiv që thith lëndën përreth duke përdorur gravitetin. Shkencëtari arriti në përfundimin se në qendër të kuazarëve është një vrimë e zezë e madhe, e cila me forcë të pabesueshme tërheq lëndën që e rrethon në hapësirë. Ndërsa lënda absorbohet nga vrima, grimcat përshpejtohen në shpejtësi të jashtëzakonshme dhe fillojnë të shkëlqejnë. Një lloj kube e ndritshme rreth një vrime të zezë quhet një disk akrecioni. Vizualizimi i saj u demonstrua mirë në filmin Interstellar të Christopher Nolan, i cili krijoi shumë pyetje: "si mund të shkëlqejë një vrimë e zezë?"
Deri më sot, shkencëtarët kanë gjetur tashmë mijëra kuazar në qiellin me yje. Këto objekte të çuditshme, tepër të ndritshme quhen fenerë të Universit. Ato na lejojnë të imagjinojmë strukturën e kozmosit pak më mirë dhe t'i afrohemi momentit nga i cili filloi gjithçka.
Megjithëse astrofizikanët kishin marrë prova indirekte për shumë vite të ekzistencës së objekteve të padukshme supermasive në Univers, termi "vrimë e zezë" nuk ekzistonte deri në vitin 1967. Për të shmangur emrat kompleksë, fizikani amerikan John Archibald Wheeler propozoi që objekte të tilla të quheshin "vrima të zeza". Pse jo? Në një farë mase ato janë të zeza, sepse ne nuk mund t'i shohim. Përveç kësaj, ata tërheqin gjithçka, ju mund të bini në to, ashtu si në një vrimë të vërtetë. Dhe sipas ligjeve moderne të fizikës, është thjesht e pamundur të dalësh nga një vend i tillë. Megjithatë, Stephen Hawking pohon se kur udhëton nëpër një vrimë të zezë, mund të shkosh në një Univers tjetër, në një botë tjetër, dhe kjo është shpresa.
Frika nga Pafundësia
Për shkak të misterit të tepruar dhe romantizimit të vrimave të zeza, këto objekte janë bërë një histori e vërtetë tmerri mes njerëzve. Shtypit tabloid i pëlqen të spekulojë mbi analfabetizmin e popullatës, duke publikuar histori mahnitëse se si një vrimë e zezë e madhe po lëviz drejt Tokës sonë, e cila do të gllabërojë sistemin diellor brenda disa orësh, ose thjesht duke lëshuar valë gazi toksik drejt planetit tonë. .
Tema e shkatërrimit të planetit me ndihmën e Përplasësit të Madh të Hadronit, i cili u ndërtua në Evropë në vitin 2006 në territorin e Këshillit Evropian për Kërkime Bërthamore (CERN), është veçanërisht i popullarizuar. Vala e panikut filloi si shaka e trashë e dikujt, por u rrit si një top bore. Dikush filloi një thashetheme se një vrimë e zezë mund të formohej në përshpejtuesin e grimcave të përplasësit, e cila do të gëlltiste plotësisht planetin tonë. Sigurisht, njerëzit e indinjuar filluan të kërkojnë ndalimin e eksperimenteve në LHC, nga frika e këtij përfundimi të ngjarjeve. Gjykata Evropiane filloi të merrte padi që kërkonin mbylljen e përplasësit dhe ndëshkimin e shkencëtarëve që e krijuan atë në masën maksimale të ligjit.
Në fakt, fizikantët nuk e mohojnë se kur grimcat përplasen në përplasësin e madh të Hadronit, mund të lindin objekte të ngjashme në vetitë me vrimat e zeza, por madhësia e tyre është në nivelin e madhësisë së grimcave elementare, dhe "vrima" të tilla ekzistojnë për një të tillë. një kohë të shkurtër që nuk mund të regjistrojmë as ndodhjen e tyre.
Një nga ekspertët kryesorë që po përpiqet të shpërndajë valën e injorancës para njerëzve është Stephen Hawking, një fizikan i famshëm teorik, i cili, për më tepër, konsiderohet një "guru" i vërtetë për vrimat e zeza. Hawking vërtetoi se vrimat e zeza jo gjithmonë thithin dritën që shfaqet në disqet e grumbullimit dhe një pjesë e saj shpërndahet në hapësirë. Ky fenomen u quajt rrezatimi Hawking, ose avullimi i vrimës së zezë. Hawking gjithashtu vendosi një marrëdhënie midis madhësisë së një vrime të zezë dhe shkallës së "avullimit" të saj - sa më i vogël të jetë, aq më pak kohë ekziston. Kjo do të thotë që të gjithë kundërshtarët e Përplasësit të Madh të Hadronit nuk duhet të shqetësohen: vrimat e zeza në të nuk do të jenë në gjendje të mbijetojnë as një të miliontën e sekondës.
Teoria nuk është vërtetuar në praktikë
Fatkeqësisht, teknologjia njerëzore në këtë fazë të zhvillimit nuk na lejon të testojmë shumicën e teorive të zhvilluara nga astrofizikanët dhe shkencëtarët e tjerë. Nga njëra anë, ekzistenca e vrimave të zeza është vërtetuar mjaft bindshëm në letër dhe është konstatuar duke përdorur formula në të cilat gjithçka përshtatet me çdo variabël. Nga ana tjetër, në praktikë ende nuk kemi mundur të shohim një vrimë të zezë të vërtetë me sytë tanë.
Pavarësisht nga të gjitha mosmarrëveshjet, fizikanët sugjerojnë se në qendër të çdo galaktike ka një vrimë të zezë supermasive, e cila mbledh yjet në grupime me gravitetin e saj dhe i detyron ata të udhëtojnë rreth universit në një shoqëri të madhe dhe miqësore. Në galaktikën tonë Rruga e Qumështit, sipas vlerësimeve të ndryshme, ka nga 200 deri në 400 miliardë yje. Të gjithë këta yje po rrotullohen rreth diçkaje që ka masë të madhe, diçka që ne nuk mund ta shohim me teleskop. Me shumë mundësi është një vrimë e zezë. A duhet të kemi frikë prej saj? – Jo, të paktën jo në disa miliardë vitet e ardhshme, por ne mund të bëjmë një film tjetër interesant për të.
Vrimat e zeza, materia e errët, materia e errët... Këto janë padyshim objektet më të çuditshme dhe misterioze në hapësirë. Karakteristikat e tyre të çuditshme mund të sfidojnë ligjet e fizikës së Universit dhe madje edhe natyrën e realitetit ekzistues. Për të kuptuar se çfarë janë vrimat e zeza, shkencëtarët sugjerojnë "të ndryshoni fokusin tuaj", të mësoni të mendoni jashtë kutisë dhe të përdorni pak imagjinatë. Vrimat e zeza formohen nga bërthamat e yjeve super masive, të cilat mund të përshkruhen si një rajon i hapësirës ku një masë e madhe është e përqendruar në zbrazëti, dhe asgjë, madje as drita, nuk mund t'i shpëtojë tërheqjes gravitacionale atje. Ky është rajoni ku shpejtësia e dytë e ikjes tejkalon shpejtësinë e dritës: dhe sa më masiv të jetë objekti i lëvizjes, aq më shpejt duhet të lëvizë për të hequr qafe forcën e gravitetit të tij. Kjo njihet si shpejtësia e ikjes.
Collier's Encyclopedia i quan vrimat e zeza një rajon në hapësirë që lind si rezultat i kolapsit të plotë gravitacional të materies, në të cilin tërheqja gravitacionale është aq e fortë sa që as lënda, as drita dhe as bartës të tjerë të informacionit nuk mund ta largojnë atë. Prandaj, brendësia e një vrime të zezë nuk është e lidhur në mënyrë shkakësore me pjesën tjetër të universit; Proceset fizike që ndodhin brenda një vrime të zezë nuk mund të ndikojnë në proceset jashtë saj. Një vrimë e zezë është e rrethuar nga një sipërfaqe me vetinë e një membrane të njëanshme: materia dhe rrezatimi bien lirisht përmes saj në vrimën e zezë, por asgjë nuk mund të shpëtojë prej andej. Kjo sipërfaqe quhet "horizonti i ngjarjeve".
Historia e zbulimit
Vrimat e zeza, të parashikuara nga teoria e përgjithshme e relativitetit (teoria e gravitetit e propozuar nga Ajnshtajni në 1915) dhe teori të tjera, më moderne të gravitetit, u vërtetuan matematikisht nga R. Oppenheimer dhe H. Snyder në 1939. Por vetitë e hapësirës dhe koha në afërsi të këtyre objekteve doli të ishte aq e pazakontë, sa astronomët dhe fizikantët nuk i morën seriozisht për 25 vjet. Megjithatë, zbulimet astronomike në mesin e viteve 1960 sollën vrimat e zeza në sipërfaqe si një realitet fizik të mundshëm. Zbulimet dhe studimet e reja mund të ndryshojnë rrënjësisht të kuptuarit tonë për hapësirën dhe kohën, duke hedhur dritë mbi miliarda mistere kozmike.
Formimi i vrimave të zeza
Ndërsa reaksionet termonukleare ndodhin në zorrët e yllit, ato mbajnë temperaturë dhe presion të lartë, duke parandaluar kolapsin e yllit nën ndikimin e gravitetit të tij. Megjithatë, me kalimin e kohës, karburanti bërthamor është i varfëruar dhe ylli fillon të tkurret. Llogaritjet tregojnë se nëse masa e një ylli nuk i kalon tre masa diellore, atëherë ai do të fitojë "betejën me gravitetin": kolapsi i tij gravitacional do të ndalet nga presioni i materies "të degjeneruar" dhe ylli do të shndërrohet përgjithmonë në një xhuxh i bardhë ose yll neutron. Por nëse masa e yllit është më shumë se tre diellore, atëherë asgjë nuk mund ta ndalojë kolapsin e tij katastrofik dhe ai shpejt do të kalojë nën horizontin e ngjarjeve, duke u bërë një vrimë e zezë.
A është një vrimë e zezë një vrimë donuti?
Ajo që nuk lëshon dritë nuk është e lehtë të vërehet. Një mënyrë për të kërkuar një vrimë të zezë është të kërkoni për rajone në hapësirën e jashtme që kanë shumë masë dhe janë në hapësirë të errët. Kur kërkonin për këto lloj objektesh, astronomët i gjetën ato në dy zona kryesore: në qendrat e galaktikave dhe në sistemet e dyfishta të yjeve të galaktikës sonë. Në total, siç sugjerojnë shkencëtarët, ka dhjetëra miliona objekte të tilla.
Aktualisht, e vetmja mënyrë e besueshme për të dalluar një vrimë të zezë nga një lloj tjetër objekti është matja e masës dhe madhësisë së objektit dhe krahasimi i rrezes së saj me
