Zamonaviy olimlar uchun qora tuynuk koinotimizdagi eng sirli hodisalardan biridir. Bunday ob'ektlarni o'rganish qiyin, ularni "tajriba bilan" sinab ko'rish mumkin emas. Qora tuynuk moddasining massasi, zichligi, ushbu ob'ektning hosil bo'lish jarayonlari, o'lchamlari - bularning barchasi mutaxassislarda qiziqish uyg'otadi, ba'zan esa - hayratda. Keling, mavzuni batafsil ko'rib chiqaylik. Avval bunday obyekt nima ekanligini tahlil qilaylik.
Umumiy ma'lumot
Kosmik ob'ektning hayratlanarli xususiyati kichik radius, yuqori zichlikdagi qora tuynuk moddasi va nihoyatda katta massaning uyg'unligidir. Bunday ob'ektning hozirgi vaqtda ma'lum bo'lgan barcha jismoniy xususiyatlari olimlar uchun g'alati tuyuladi, ko'pincha tushunarsizdir. Hatto eng tajribali astrofiziklar ham bunday hodisalarning o'ziga xos xususiyatlaridan hayratda. Olimlarga qora tuynukni aniqlashga imkon beruvchi asosiy xususiyat bu hodisa gorizonti, ya'ni chegaradir.hech narsa qaytib kelmaydi, shu jumladan yorug'lik. Agar zona doimiy ravishda ajratilgan bo'lsa, ajratish chegarasi voqea gorizonti sifatida belgilanadi. Vaqtinchalik ajralish bilan ko'rinadigan ufqning mavjudligi aniqlanadi. Ba'zida vaqtinchalik juda erkin tushunchadir, ya'ni mintaqa koinotning hozirgi yoshidan oshib ketadigan davr uchun ajratilishi mumkin. Agar uzoq vaqt davomida mavjud bo'lgan ko'rinadigan ufq bo'lsa, uni voqea ufqidan ajratish qiyin.
Koʻp jihatdan qora tuynukning xossalari, uni hosil qiluvchi moddaning zichligi bizning dunyo qonunlarimizda amal qiladigan boshqa jismoniy sifatlar bilan bogʻliq. Sferik simmetrik qora tuynukning hodisa gorizonti diametri uning massasi bilan belgilanadigan shardir. Ko'proq massa ichkariga tortilsa, teshik kattaroq bo'ladi. Va shunga qaramay, u yulduzlar fonida hayratlanarli darajada kichik bo'lib qoladi, chunki tortishish bosimi ichidagi hamma narsani siqib chiqaradi. Agar massasi sayyoramizga mos keladigan teshikni tasavvur qilsak, unda bunday jismning radiusi bir necha millimetrdan oshmaydi, ya'ni u erdan o'n milliardga kam bo'ladi. Radius Eynshteynning umumiy nisbiylik nazariyasi yechimi sifatida qora tuynuklarni birinchi bo'lib chiqargan olim Shvartsshild sharafiga nomlangan.
Va ichidami?
Bunday ob'ektga kirgan odam o'zida juda katta zichlikni sezishi dargumon. Qora tuynukning xususiyatlari nima bo'lishini aniq bilish uchun yaxshi tushunilmagan, ammo olimlar ufqni kesib o'tishda hech qanday maxsus narsani aniqlab bo'lmaydi, deb hisoblashadi. Bu Eynshteynning ekvivalenti bilan izohlanadiufqning egri chizig'ini tashkil etuvchi maydon va tekislikka xos bo'lgan tezlanish nima uchun kuzatuvchi uchun farq qilmasligini tushuntiruvchi printsip. O'tish jarayonini masofadan kuzatib borganingizda, ob'ekt ufq yaqinida sekinlasha boshlaganini ko'rishingiz mumkin, go'yo bu joyda vaqt sekin o'tmoqda. Biroz vaqt o'tgach, ob'ekt ufqni kesib o'tadi va Shvartsshild radiusiga tushadi.
Qora tuynukdagi materiyaning zichligi, jismning massasi, uning o'lchamlari va to'lqin kuchlari va tortishish maydoni bir-biri bilan chambarchas bog'liq. Radius qanchalik katta bo'lsa, zichlik shunchalik past bo'ladi. Radius og'irlik bilan ortadi. To'lqin kuchlari kvadrat og'irlik bilan teskari proportsionaldir, ya'ni o'lchamlar ortib, zichlik kamayishi bilan ob'ektning to'lqin kuchlari kamayadi. Ob'ektning massasi juda katta bo'lsa, bu haqiqatni sezmasdan oldin ufqni engib o'tish mumkin bo'ladi. Umumiy nisbiylik nazariyasining dastlabki kunlarida ufqda oʻziga xoslik borligiga ishonishgan, ammo bunday boʻlmagan.
Zichlik haqida
Tadqiqotlar koʻrsatganidek, qora tuynukning zichligi massaga qarab koʻproq yoki kamroq boʻlishi mumkin. Turli ob'ektlar uchun bu ko'rsatkich o'zgarib turadi, lekin har doim ortib borayotgan radius bilan kamayadi. Materialning to'planishi tufayli keng ko'lamda hosil bo'lgan supermassiv teshiklar paydo bo'lishi mumkin. O'rtacha, massasi bizning tizimimizdagi bir necha milliard yoritgichlarning umumiy massasiga to'g'ri keladigan bunday ob'ektlarning zichligi suv zichligidan kamroq. Ba'zan gaz zichligi darajasi bilan solishtirish mumkin. Ushbu ob'ektning oqim kuchi kuzatuvchi ufqni kesib o'tgandan so'ng faollashadivoqealar. Faraziy tadqiqotchi ufqqa yaqinlashganda hech qanday zarar ko'rmaydi va agar u disk plazmasidan himoya topsa, minglab kilometrlarga yiqilib tushadi. Agar kuzatuvchi orqasiga qaramasa, u ufqni kesib o'tganini sezmaydi va agar u boshini aylantirsa, ufqda muzlab qolgan yorug'lik nurlarini ko'rishi mumkin. Kuzatuvchi uchun vaqt juda sekin o'tadi, u o'lim paytigacha teshik yaqinidagi voqealarni - uni yoki koinotni kuzatishi mumkin bo'ladi.
Oʻta massiv qora tuynukning zichligini aniqlash uchun uning massasini bilish kerak. Ushbu miqdorning qiymatini va kosmik ob'ektga xos bo'lgan Shvartsshild hajmini toping. O'rtacha, bunday ko'rsatkich, astrofiziklarning fikriga ko'ra, juda kichikdir. Ta'sirchan foiz hollarda u havo zichligi darajasidan kamroq. Hodisa quyidagicha izohlanadi. Shvartsshild radiusi to'g'ridan-to'g'ri vaznga bog'liq, zichlik esa hajmga teskari bog'liq, shuning uchun Shvartsshild radiusi. Ovoz to'g'ridan-to'g'ri kubik radiusga bog'liq. Massa chiziqli ravishda ortadi. Shunga ko'ra, hajm og'irlikdan tezroq o'sadi va o'rtacha zichlik kichikroq bo'lsa, o'rganilayotgan ob'ektning radiusi shunchalik katta bo'ladi.
Bilishga qiziqaman
Teshikka xos boʻlgan toʻlqin kuchi tortishish kuchining gradienti boʻlib, u ufqda ancha katta, shuning uchun hatto fotonlar ham bu yerdan chiqib keta olmaydi. Shu bilan birga, parametrning o'sishi juda muammosiz sodir bo'ladi, bu esa kuzatuvchiga o'ziga xavf tug'dirmasdan ufqni engib o'tishga imkon beradi.
Qora tuynukning zichligini o'rganishob'ektning markazi hali ham nisbatan cheklangan. Astrofiziklar markaziy singulyarlik qanchalik yaqin bo'lsa, zichlik darajasi shunchalik yuqori bo'lishini aniqladilar. Yuqorida aytib o'tilgan hisoblash mexanizmi nima bo'layotgani haqida juda o'rtacha tasavvurga ega bo'lish imkonini beradi.
Olimlar teshikda nima sodir boʻlayotgani, uning tuzilishi haqida juda cheklangan tasavvurga ega. Astrofiziklarning fikriga ko'ra, teshikdagi zichlik taqsimoti tashqi kuzatuvchi uchun, hech bo'lmaganda hozirgi darajada juda muhim emas. Og'irlik, tortishishning ko'proq ma'lumotli tavsifi. Massa qanchalik katta bo'lsa, markaz, ufq bir-biridan kuchliroq bo'ladi. Bunday taxminlar ham bor: ufqdan nariroqda materiya printsipial jihatdan yo'q, uni faqat ob'ektning chuqurligida aniqlash mumkin.
Har qanday raqamlar ma'lummi?
Olimlar uzoq vaqtdan beri qora tuynukning zichligi haqida o'ylashgan. Muayyan tadqiqotlar olib borildi, hisoblashga urinishlar qilindi. Mana ulardan biri.
Quyosh massasi 210^30 kg. Quyoshdan bir necha marta kattaroq ob'ekt joylashgan joyda teshik paydo bo'lishi mumkin. Eng engil teshikning zichligi o'rtacha 10^18 kg/m3 deb baholanadi. Bu atom yadrosining zichligidan kattaroq tartibdir. Neytron yulduziga xos boʻlgan oʻrtacha zichlik darajasidan taxminan bir xil farq.
O'lchamlari subyadroviy zarrachalarga to'g'ri keladigan o'ta engil teshiklarning mavjudligi mumkin. Bunday ob'ektlar uchun zichlik indeksi haddan tashqari katta bo'ladi.
Agar sayyoramiz teshikka aylansa, uning zichligi taxminan 210^30 kg/m3 bo'ladi. Biroq, olimlar bunga erisha olishmadiBizning kosmik uyimiz qora tuynukga aylanishi mumkin bo'lgan jarayonlarni ochib bering.
Raqamlar haqida batafsil
Somon yo'li markazidagi qora tuynukning zichligi 1,1 million kg/m3 deb baholanadi. Ushbu ob'ektning massasi 4 million quyosh massasiga to'g'ri keladi. Teshikning radiusi 12 million km ga baholanmoqda. Somon yo'li markazidagi qora tuynukning ko'rsatilgan zichligi o'ta massali tuynuklarning fizik parametrlari haqida tasavvur beradi.
Agar ba'zi jismning og'irligi 10^38 kg bo'lsa, ya'ni taxminan 100 million Quyosh deb hisoblansa, astronomik ob'ektning zichligi sayyoramizdagi granit zichligi darajasiga to'g'ri keladi.
Zamonaviy astrofiziklarga ma'lum bo'lgan barcha teshiklar ichida eng og'ir teshiklardan biri OJ 287 kvazarida topilgan. Uning og'irligi bizning tizimimizning 18 milliard yorug'lik nuriga to'g'ri keladi. Qora tuynukning zichligi qancha, olimlar qiyinchiliksiz hisoblab chiqdilar. Qiymati juda kichik bo'lib chiqdi. U atigi 60 g/m3. Taqqoslash uchun: sayyoramizning atmosfera havosining zichligi 1,29 mg/m3.
Teshiklar qayerdan chiqadi?
Olimlar nafaqat bizning tizimimiz yulduzi yoki boshqa kosmik jismlar bilan solishtirganda qora tuynukning zichligini aniqlash bo'yicha tadqiqot olib borishdi, balki teshiklar qayerdan paydo bo'lishini, bunday tuynuklarning paydo bo'lish mexanizmlari qanday ekanligini aniqlashga harakat qilishdi. sirli ob'ektlar. Endi teshiklarning paydo bo'lishining to'rtta usuli haqida fikr bor. Eng tushunarli variant - yulduzning qulashi. Kattalashganda, yadroda sintez tugaydi,bosim yo'qoladi, materiya tortishish markaziga tushadi, shuning uchun teshik paydo bo'ladi. Markazga yaqinlashganda, zichlik oshadi. Ertami-kechmi, indikator shunchalik muhim bo'ladiki, tashqi ob'ektlar tortishish ta'sirini engishga qodir emas. Shu vaqtdan boshlab yangi teshik paydo bo'ladi. Bu tur boshqalarga qaraganda keng tarqalgan va quyosh massasi teshiklari deb ataladi.
Teshiklarning yana bir keng tarqalgan turi supermassivdir. Bular ko'proq galaktika markazlarida kuzatiladi. Ob'ektning massasi yuqorida tavsiflangan quyosh massasi teshigi bilan solishtirganda milliardlab marta kattaroqdir. Olimlar haligacha bunday ob'ektlarning namoyon bo'lish jarayonlarini o'rnatmaganlar. Yuqorida tavsiflangan mexanizm bo'yicha birinchi navbatda teshik hosil bo'ladi, keyin qo'shni yulduzlar so'riladi, bu esa o'sishga olib keladi. Agar galaktika zonasi zich joylashgan bo'lsa, bu mumkin. Moddaning so‘rilishi yuqoridagi sxema tushuntirib berganidan tezroq sodir bo‘ladi va olimlar yutilish qanday davom etishini hali taxmin qila olmaydilar.
Taxminlar va g'oyalar
Astrofiziklar uchun juda qiyin mavzu - bu ibtidoiy teshiklar. Bunday, ehtimol, har qanday massadan paydo bo'ladi. Ular katta dalgalanmalarda shakllanishi mumkin. Ehtimol, bunday teshiklarning paydo bo'lishi erta koinotda sodir bo'lgan. Hozircha qora tuynuklarning sifatlari, xususiyatlari (shu jumladan zichligi), ularning paydo bo'lish jarayonlariga bag'ishlangan tadqiqotlar birlamchi tuynuk paydo bo'lish jarayonini aniq takrorlaydigan modelni aniqlashga imkon bermaydi. Hozirda ma'lum bo'lgan modellar asosan shundaydirki, agar ular haqiqatda amalga oshirilgan bo'lsa,juda ko'p teshiklar bo'lardi.
Faraz qilaylik, Katta adron kollayderi massasi Xiggs bozoniga toʻgʻri keladigan teshik hosil boʻlish manbasiga aylanishi mumkin. Shunga ko'ra, qora tuynukning zichligi juda katta bo'ladi. Agar bunday nazariya tasdiqlansa, uni qo'shimcha o'lchamlarning mavjudligi uchun bilvosita dalil deb hisoblash mumkin. Hozircha bu taxminiy xulosa hali tasdiqlanmagan.
Teshikdan nurlanish
Teshikning emissiyasi materiyaning kvant effektlari bilan izohlanadi. Kosmos dinamik, shuning uchun bu yerdagi zarralar biz o'rgangan narsadan butunlay farq qiladi. Teshik yaqinida nafaqat vaqt buzilmaydi; zarrachani tushunish ko'p jihatdan uni kim kuzatayotganiga bog'liq. Agar kimdir teshikka tushib qolsa, unga u vakuumga tushib ketayotgandek tuyuladi va uzoqdan kuzatuvchi uchun bu zarrachalar bilan to'ldirilgan zonaga o'xshaydi. Ta'sir vaqt va makonning cho'zilishi bilan izohlanadi. Teshikdan chiqadigan radiatsiya birinchi bo'lib Hoking tomonidan aniqlangan, uning nomi bu hodisaga berilgan. Radiatsiya massaga teskari bog'liq bo'lgan haroratga ega. Astronomik ob'ektning og'irligi qanchalik past bo'lsa, harorat shunchalik yuqori bo'ladi (shuningdek, qora tuynukning zichligi). Agar teshik o'ta massiv bo'lsa yoki yulduz bilan taqqoslanadigan massaga ega bo'lsa, uning nurlanishining o'ziga xos harorati mikroto'lqinli fondan past bo'ladi. Shu sababli uni kuzatishning iloji yo‘q.
Bu nurlanish ma'lumotlar yo'qolishini tushuntiradi. Bu issiqlik hodisasining nomi bo'lib, u bitta alohida sifatga ega - harorat. Tadqiqot orqali teshik hosil bo'lish jarayonlari haqida hech qanday ma'lumot yo'q, ammo bunday nurlanishni chiqaradigan ob'ekt bir vaqtning o'zida massasini yo'qotadi (va shuning uchun o'sadi).qora tuynukning zichligi) kamayadi. Jarayon, teshik hosil bo'lgan modda bilan belgilanmaydi, keyinchalik unga so'rilgan narsaga bog'liq emas. Olimlar tuynukning asosiga nima aylanganini ayta olmaydi. Bundan tashqari, tadqiqotlar shuni ko'rsatdiki, nurlanish qaytarilmas jarayon, ya'ni kvant mexanikasida mavjud bo'lishi mumkin emas. Bu radiatsiyani kvant nazariyasi bilan yarashtirish mumkin emasligini anglatadi va nomuvofiqlik bu yo'nalishda keyingi ishlarni talab qiladi. Olimlarning fikricha, Xoking nurlanishida ma'lumot bo'lishi kerak, lekin bizda uni aniqlash uchun vosita va imkoniyatlar hali mavjud emas.
Qiziq: neytron yulduzlari haqida
Agar supergigant mavjud boʻlsa, bu bunday astronomik jismning abadiy ekanligini anglatmaydi. Vaqt o'tishi bilan u o'zgaradi, tashqi qatlamlarni tashlaydi. Qoldiqlardan oq mittilar paydo bo'lishi mumkin. Ikkinchi variant - neytron yulduzlari. Maxsus jarayonlar birlamchi tananing yadro massasi bilan belgilanadi. Agar u 1,4-3 quyosh oralig'ida hisoblansa, supergigantning yo'q qilinishi juda yuqori bosim bilan birga keladi, buning natijasida elektronlar, xuddi protonlarga bosiladi. Bu neytronlarning paydo bo'lishiga, neytrinolarning emissiyasiga olib keladi. Fizikada bu neytron degenerativ gaz deb ataladi. Uning bosimi shundayki, yulduz boshqa qisqara olmaydi.
Ammo, tadqiqotlar koʻrsatganidek, barcha neytron yulduzlar ham shunday paydo boʻlmagan. Ulardan ba'zilari ikkinchi o'ta yangi yulduz kabi portlagan yiriklarining qoldiqlari.
Tom tanasining radiusiko'proq massadan kamroq. Ko'pchilik uchun u 10-100 km orasida o'zgarib turadi. Qora tuynuklar, neytron yulduzlarning zichligini aniqlash uchun tadqiqotlar olib borildi. Ikkinchisi uchun, testlar ko'rsatganidek, parametr atom parametriga nisbatan yaqin. Astrofiziklar tomonidan belgilangan aniq raqamlar: 10^10 g/sm3.
Bilishga qiziqaman: nazariya va amaliyot
Neytron yulduzlari nazariy jihatdan oʻtgan asrning 60-70-yillarida bashorat qilingan. Pulsarlar birinchi bo'lib kashf etilgan. Bu kichik yulduzlar bo'lib, ularning aylanish tezligi juda yuqori va magnit maydoni haqiqatan ham ulug'vor. Pulsar bu parametrlarni asl yulduzdan meros qilib oladi, deb taxmin qilinadi. Aylanish davri millisekunddan bir necha soniyagacha o'zgarib turadi. Ma'lum bo'lgan birinchi pulsarlar davriy radio emissiyasini chiqargan. Bugungi kunda rentgen spektrli nurlanish, gamma nurlanishga ega bo'lgan pulsarlar ma'lum.
Ta'riflangan neytron yulduz shakllanishi jarayoni davom etishi mumkin - uni hech narsa to'xtata olmaydi. Agar yadro massasi uchta quyosh massasidan ko'p bo'lsa, u holda nuqta tanasi juda ixcham bo'lib, u teshiklar deb ataladi. Kritikdan kattaroq massaga ega qora tuynukning xususiyatlarini aniqlash mumkin bo'lmaydi. Agar Xoking nurlanishi tufayli massaning bir qismi yo‘qolsa, radius bir vaqtning o‘zida pasayadi, shuning uchun og‘irlik qiymati yana bu obyekt uchun kritik qiymatdan kichik bo‘ladi.
Teshik o'lishi mumkinmi?
Olimlar zarrachalar va antizarrachalarning ishtiroki tufayli jarayonlarning mavjudligi haqida taxminlarni ilgari surdilar. Elementlarning tebranishlari bo'sh joyning xarakterlanishiga olib kelishi mumkinnol energiya darajasi, bu (bu paradoks!) nolga teng bo'lmaydi. Shu bilan birga, tanaga xos bo'lgan hodisa gorizonti mutlaq qora tanaga xos bo'lgan past energiyali spektrni oladi. Bunday nurlanish massa yo'qolishiga olib keladi. Ufq biroz qisqaradi. Faraz qilaylik, ikkita juft zarracha va uning antagonisti bor. Bir juftdan zarrachaning, ikkinchisidan esa uning antagonistining yo'q bo'lib ketishi mavjud. Natijada, teshikdan uchib chiqadigan fotonlar mavjud. Taklif etilgan zarralarning ikkinchi juftligi teshikka tushib, bir vaqtning o'zida ma'lum miqdordagi massa, energiyani o'zlashtiradi. Asta-sekin bu qora tuynukning o'limiga olib keladi.
Xulosa sifatida
Ba'zilarning fikriga ko'ra, qora tuynuk o'ziga xos kosmik changyutgichdir. Teshik yulduzni yutib yuborishi mumkin, u hatto galaktikani ham "eyishi" mumkin. Ko'p jihatdan, teshikning sifatlarini tushuntirish, shuningdek, uning hosil bo'lish xususiyatlarini nisbiylik nazariyasida topish mumkin. Undan ma'lumki, vaqt uzluksiz bo'lganidek, fazo ham. Bu nima uchun siqish jarayonlarini to'xtatib bo'lmasligini tushuntiradi, ular cheksiz va cheksizdir.
Bu sirli qora tuynuklar boʻlib, ular ustida astrofiziklar oʻn yildan koʻproq vaqt davomida miyalarini oʻynatib kelishmoqda.
