Çdo person që njihet me astronominë herët a vonë përjeton një kuriozitet të fortë për objektet më misterioze në univers - vrimat e zeza. Këta janë mjeshtrat e vërtetë të errësirës, ​​të aftë për të "gëlltitur" çdo atom që kalon pranë dhe të mos lënë as dritën të shpëtojë - tërheqja e tyre është kaq e fuqishme. Këto objekte paraqesin një sfidë të vërtetë për fizikantët dhe astronomët. Të parët ende nuk mund të kuptojnë se çfarë ndodh me materien që ka rënë brenda vrimës së zezë, dhe të dytët, megjithëse shpjegojnë fenomenet më konsumuese të hapësirës me ekzistencën e vrimave të zeza, nuk kanë pasur kurrë mundësinë të vëzhgojnë ndonjë prej tyre. drejtpërdrejt. Ne do të flasim për këto objekte qiellore më interesante, do të zbulojmë se çfarë është zbuluar tashmë dhe çfarë mbetet për t'u ditur për të hequr velin e fshehtësisë.

Çfarë është një vrimë e zezë?

Emri "vrima e zezë" (në anglisht - vrima e zezë) u propozua në 1967 nga fizikani teorik amerikan John Archibald Wheeler (shih foton në të majtë). Shërbeu për të përcaktuar një trup qiellor, tërheqja e të cilit është aq e fortë sa edhe drita nuk e lëshon veten. Prandaj, është "i zi" sepse nuk lëshon dritë.

vëzhgime indirekte

Kjo është arsyeja për një mister të tillë: meqenëse vrimat e zeza nuk shkëlqejnë, ne nuk mund t'i shohim ato drejtpërdrejt dhe jemi të detyruar t'i kërkojmë dhe studiojmë ato, duke përdorur vetëm prova indirekte që ekzistenca e tyre lë në hapësirën përreth. Me fjalë të tjera, nëse një vrimë e zezë përfshin një yll, ne nuk mund ta shohim vrimën e zezë, por mund të vëzhgojmë efektet shkatërruese të fushës së saj të fuqishme gravitacionale.

Intuita e Laplace

Përkundër faktit se shprehja "vrimë e zezë" për të treguar fazën hipotetike përfundimtare të evolucionit të një ylli që u shemb në vetvete nën ndikimin e gravitetit u shfaq relativisht kohët e fundit, ideja e mundësisë së ekzistencës së trupave të tillë lindi më shumë. se dy shekuj më parë. Anglezi John Michell dhe francezi Pierre-Simon de Laplace hipotezuan në mënyrë të pavarur ekzistencën e "yjeve të padukshëm"; ndërsa ato bazoheshin në ligjet e zakonshme të dinamikës dhe ligjin e Njutonit të gravitetit universal. Sot, vrimat e zeza kanë marrë përshkrimin e tyre të saktë bazuar në teorinë e përgjithshme të relativitetit të Ajnshtajnit.

Në veprën e tij "Deklarata e sistemit të botës" (1796), Laplace shkroi: "Një yll i ndritshëm me të njëjtën densitet si Toka, me një diametër 250 herë më të madh se diametri i Diellit, për shkak të tërheqjes së tij gravitacionale, nuk do të lejonte që rrezet e dritës të arrinin tek ne. Prandaj, është e mundur që trupat qiellorë më të mëdhenj dhe më të shndritshëm të jenë të padukshëm për këtë arsye.

Graviteti i pathyeshëm

Ideja e Laplace u bazua në konceptin e shpejtësisë së ikjes (shpejtësia e dytë kozmike). Një vrimë e zezë është një objekt kaq i dendur saqë tërheqja e saj është në gjendje të mbajë edhe dritën, e cila zhvillon shpejtësinë më të lartë në natyrë (pothuajse 300,000 km / s). Në praktikë, për të shpëtuar nga një vrimë e zezë, ju duhet një shpejtësi më e madhe se shpejtësia e dritës, por kjo është e pamundur!

Kjo do të thotë se një yll i këtij lloji do të ishte i padukshëm, pasi as drita nuk do të ishte në gjendje të kapërcejë gravitetin e tij të fuqishëm. Ajnshtajni e shpjegoi këtë fakt përmes fenomenit të devijimit të dritës nën ndikimin e një fushe gravitacionale. Në të vërtetë, pranë një vrime të zezë, hapësirë-koha është aq e lakuar saqë shtigjet e rrezeve të dritës mbyllen gjithashtu në vetvete. Për ta kthyer Diellin në një vrimë të zezë, do të duhet të përqendrojmë të gjithë masën e tij në një top me rreze 3 km, dhe Toka do të duhet të kthehet në një top me rreze 9 mm!

Llojet e vrimave të zeza

Rreth dhjetë vjet më parë, vëzhgimet sugjeruan ekzistencën e dy llojeve të vrimave të zeza: yjore, masa e të cilave është e krahasueshme me masën e Diellit ose e tejkalon pak atë, dhe supermasive, masa e të cilave është nga disa qindra mijëra në shumë miliona masa diellore. Megjithatë, relativisht kohët e fundit, imazhet me rreze x me rezolucion të lartë dhe spektrat e marra nga satelitët artificialë si Chandra dhe XMM-Newton sollën në plan të parë llojin e tretë të vrimës së zezë - me një masë mesatare që tejkalon masën e Diellit me mijëra herë. .

vrimat e zeza yjore

Vrimat e zeza yjore u bënë të njohura më herët se të tjerët. Ato formohen kur një yll me masë të lartë, në fund të rrugës së tij evolucionare, i mbaron karburanti bërthamor dhe shembet në vetvete për shkak të gravitetit të tij. Një shpërthim që thyen yjet (i njohur si "shpërthimi i supernovës") ka pasoja katastrofike: nëse bërthama e një ylli është më shumë se 10 herë masa e Diellit, asnjë forcë bërthamore nuk mund të përballojë kolapsin gravitacional që do të rezultojë në shfaqjen e një vrimë e zezë.

Vrimat e zeza supermasive

Vrimat e zeza supermasive, të vërejtura fillimisht në bërthamat e disa galaktikave aktive, kanë një origjinë të ndryshme. Ka disa hipoteza në lidhje me lindjen e tyre: një vrimë e zezë yjore që gllabëron të gjithë yjet që e rrethojnë për miliona vjet; një grup i bashkuar vrimash të zeza; një re kolosale gazi që shembet drejtpërdrejt në një vrimë të zezë. Këto vrima të zeza janë ndër objektet më energjike në hapësirë. Ato janë të vendosura në qendrat e shumë galaktikave, nëse jo të gjitha. Galaktika jonë ka gjithashtu një vrimë të tillë të zezë. Ndonjëherë, për shkak të pranisë së një vrime të tillë të zezë, bërthamat e këtyre galaktikave bëhen shumë të ndritshme. Galaktikat me vrima të zeza në qendër, të rrethuara nga një sasi e madhe lëndësh në rënie dhe, për rrjedhojë, të afta për të prodhuar një sasi të madhe energjie, quhen "aktive", dhe bërthamat e tyre quhen "bërthamat galaktike aktive" (AGN). Për shembull, kuazarët (objektet hapësinore më të largëta nga ne të disponueshme për vëzhgimin tonë) janë galaktika aktive, në të cilat ne shohim vetëm një bërthamë shumë të ndritshme.

E mesme dhe "mini"

Një tjetër mister mbeten vrimat e zeza me masë mesatare, të cilat, sipas studimeve të fundit, mund të jenë në qendër të disa grupimeve globulare, si M13 dhe NCC 6388. Shumë astronomë janë skeptikë për këto objekte, por disa kërkime të fundit sugjerojnë praninë e vrima të zeza.me përmasa mesatare edhe jo larg qendrës së galaktikës sonë. Fizikani anglez Stephen Hawking gjithashtu parashtroi një supozim teorik për ekzistencën e llojit të katërt të vrimës së zezë - një "mini-vrima" me një masë prej vetëm një miliard ton (që është afërsisht e barabartë me masën e një mali të madh). Fjala është për objektet parësore, pra ato që u shfaqën në momentet e para të jetës së Universit, kur presioni ishte ende shumë i lartë. Megjithatë, asnjë gjurmë e ekzistencës së tyre nuk është zbuluar ende.

Si të gjeni një vrimë të zezë

Vetëm pak vite më parë, një dritë u ndez mbi vrimat e zeza. Falë përmirësimit të vazhdueshëm të instrumenteve dhe teknologjive (si tokësore ashtu edhe hapësinore), këto objekte po bëhen gjithnjë e më pak misterioze; më saktë, hapësira që i rrethon bëhet më pak misterioze. Në të vërtetë, meqenëse vetë vrima e zezë është e padukshme, ne mund ta njohim atë vetëm nëse ajo është e rrethuar nga mjaft lëndë (yje dhe gaz i nxehtë) që rrotullohet rreth saj në një distancë të vogël.

Shikimi i sistemeve të dyfishta

Disa vrima të zeza yjore janë zbuluar duke vëzhguar lëvizjen orbitale të një ylli rreth një shoqëruesi binar të padukshëm. Sistemet e afërta binare (d.m.th., të përbërë nga dy yje shumë afër njëri-tjetrit), në të cilat njëri nga shoqëruesit është i padukshëm, janë objekti i preferuar i vëzhgimit për astrofizikanët që kërkojnë vrima të zeza.

Një tregues i pranisë së një vrime të zezë (ose yll neutron) është emetimi i fortë i rrezeve X, i shkaktuar nga një mekanizëm kompleks, i cili mund të përshkruhet skematikisht si më poshtë. Për shkak të gravitetit të saj të fuqishëm, një vrimë e zezë mund të shkëpusë materien nga një yll shoqërues; ky gaz shpërndahet në formën e një disku të sheshtë dhe bie në formë spirale në vrimën e zezë. Fërkimi që rezulton nga përplasjet e grimcave të gazit në rënie ngroh shtresat e brendshme të diskut në disa miliona gradë, gjë që shkakton emetim të fuqishëm të rrezeve X.

vëzhgimet me rreze X

Vëzhgimet në rrezet X të objekteve në galaktikën tonë dhe galaktikat fqinje, të cilat janë kryer për disa dekada, kanë bërë të mundur zbulimin e burimeve kompakte binare, rreth një duzinë prej të cilave janë sisteme që përmbajnë kandidatë për vrima të zeza. Problemi kryesor është përcaktimi i masës së një trupi qiellor të padukshëm. Vlera e masës (edhe pse jo shumë e saktë) mund të gjendet duke studiuar lëvizjen e shoqëruesit ose, që është shumë më e vështirë, duke matur intensitetin e rrezeve X të lëndës së rënë. Ky intensitet lidhet me një ekuacion me masën e trupit mbi të cilin bie kjo substancë.

Nobelist

Diçka e ngjashme mund të thuhet për vrimat e zeza supermasive të vëzhguara në bërthamat e shumë galaktikave, masat e të cilave vlerësohen duke matur shpejtësitë orbitale të gazit që bie në vrimën e zezë. Në këtë rast, i shkaktuar nga një fushë e fuqishme gravitacionale e një objekti shumë të madh, një rritje e shpejtë e shpejtësisë së reve të gazit që rrotullohen në qendër të galaktikave zbulohet nga vëzhgimet në rrezen e radios, si dhe në rrezet optike. Vëzhgimet në rrezen X mund të konfirmojnë çlirimin e shtuar të energjisë të shkaktuar nga rënia e materies në vrimën e zezë. Hulumtimi në rrezet X në fillim të viteve 1960 filloi nga italiani Riccardo Giacconi, i cili punonte në SHBA. Atij iu dha çmimi Nobel në vitin 2002 si mirënjohje për "kontributet e tij novator në astrofizikë që çuan në zbulimin e burimeve të rrezeve X në hapësirë".

Cygnus X-1: kandidati i parë

Galaxy ynë nuk është i imunizuar nga prania e objekteve kandidate të vrimës së zezë. Për fat të mirë, asnjë nga këto objekte nuk është aq afër nesh sa të paraqesin rrezik për ekzistencën e Tokës ose të sistemit diellor. Pavarësisht nga numri i madh i burimeve kompakte të theksuara të rrezeve X (dhe këto janë kandidatët më të mundshëm për gjetjen e vrimave të zeza atje), ne nuk jemi të sigurt se ato përmbajnë në të vërtetë vrima të zeza. I vetmi midis këtyre burimeve që nuk ka një version alternativ është Cygnus X-1 i afërt binar, domethënë burimi më i ndritshëm i rrezeve X në yjësinë Cygnus.

yje masivë

Ky sistem, me një periudhë orbitale prej 5,6 ditësh, përbëhet nga një yll blu shumë i ndritshëm me përmasa të mëdha (diametri i tij është 20 herë ai i diellit dhe masa e tij është rreth 30 herë), lehtësisht i dallueshëm edhe në teleskopin tuaj, dhe një ylli i dytë i padukshëm, masa e cila vlerësohet në disa masa diellore (deri në 10). I vendosur në një distancë prej 6500 vjet dritë nga ne, ylli i dytë do të ishte krejtësisht i dukshëm nëse do të ishte një yll i zakonshëm. Padukshmëria e tij, rrezet e fuqishme X të sistemit dhe më në fund vlerësimi i masës i bëjnë shumicën e astronomëve të besojnë se ky është zbulimi i parë i konfirmuar i një vrime të zezë yjore.

Dyshimet

Megjithatë, ka edhe skeptikë. Midis tyre është një nga studiuesit më të mëdhenj të vrimave të zeza, fizikani Stephen Hawking. Ai madje bëri një bast me kolegun e tij amerikan Keel Thorne, një mbështetës i fortë i klasifikimit të Cygnus X-1 si një vrimë e zezë.

Mosmarrëveshja mbi natyrën e objektit Cygnus X-1 nuk është basti i vetëm i Hawking. Pasi i kishte kushtuar disa dekada studimeve teorike të vrimave të zeza, ai u bind për gabimin e ideve të tij të mëparshme për këto objekte misterioze. Në veçanti, Hawking supozoi se materia pasi bie në një vrimë të zezë zhduket përgjithmonë dhe bashkë me të gjithë bagazhi i saj informativ zhduket. . Ai ishte aq i sigurt për këtë saqë bëri një bast për këtë temë në vitin 1997 me kolegun e tij amerikan John Preskill.

Pranimi i një gabimi

Më 21 korrik 2004, në fjalimin e tij në Kongresin e Relativitetit në Dublin, Hawking pranoi se Preskill kishte të drejtë. Vrimat e zeza nuk çojnë në zhdukjen e plotë të materies. Për më tepër, ata kanë një lloj "memorie". Brenda tyre mund të ruhen fare mirë gjurmët e asaj që kanë thithur. Kështu, duke "avulluar" (d.m.th., duke emetuar ngadalë rrezatim për shkak të efektit kuantik), ata mund ta kthejnë këtë informacion në Universin tonë.

Vrimat e zeza në galaktikë

Astronomët kanë ende shumë dyshime për praninë e vrimave të zeza yjore në galaktikën tonë (si ajo që i përket sistemit binar Cygnus X-1); por ka shumë më pak dyshime për vrimat e zeza supermasive.

Ne qender

Ekziston të paktën një vrimë e zezë supermasive në galaktikën tonë. Burimi i tij, i njohur si Shigjetari A*, ndodhet pikërisht në qendër të rrafshit të Rrugës së Qumështit. Emri i saj shpjegohet me faktin se është burimi më i fuqishëm i radios në yjësinë e Shigjetarit. Pikërisht në këtë drejtim ndodhen si qendrat gjeometrike ashtu edhe ato fizike të sistemit tonë galaktik. E vendosur në një distancë prej rreth 26,000 vite dritë nga ne, një vrimë e zezë supermasive e lidhur me burimin e valëve të radios, Shigjetari A *, ka një masë që vlerësohet në rreth 4 milionë masa diellore, të përfshira në një hapësirë, vëllimi i së cilës është i krahasueshëm. në vëllimin e sistemit diellor. Afërsia e saj relative me ne (kjo vrimë e zezë supermasive është pa dyshim më e afërta me Tokën) ka bërë që objekti të vihet nën një vëzhgim veçanërisht të thellë nga observatori hapësinor Chandra në vitet e fundit. Doli, në veçanti, se është gjithashtu një burim i fuqishëm i rrezeve X (por jo aq i fuqishëm sa burimet në bërthamat aktive galaktike). Shigjetari A* mund të jetë mbetja e fjetur e asaj që ishte bërthama aktive e Galaxy tonë miliona ose miliarda vjet më parë.

Vrima e dytë e zezë?

Megjithatë, disa astronomë besojnë se ka një tjetër surprizë në galaktikën tonë. Po flasim për një vrimë të dytë të zezë me masë mesatare, që mban së bashku një grup yjesh të rinj dhe nuk i lejon ata të bien në një vrimë të zezë supermasive që ndodhet në qendër të vetë Galaktikës. Si mund të ndodhë që në një distancë prej më pak se një vit drite prej saj të ketë një grup yjor me një moshë që mezi ka arritur 10 milionë vjet, domethënë, sipas standardeve astronomike, shumë e re? Sipas studiuesve, përgjigja qëndron në faktin se grupi nuk ka lindur atje (mjedisi rreth vrimës së zezë qendrore është shumë armiqësor për formimin e yjeve), por është "tërhequr" atje për shkak të ekzistencës së një vrime të dytë të zezë brenda. ajo, e cila ka një masë vlerash mesatare.

Në orbitë

Yjet individuale të grumbullimit, të tërhequr nga vrima e zezë supermasive, filluan të zhvendosen drejt qendrës galaktike. Megjithatë, në vend që të shpërndahen në hapësirë, ato mbeten së bashku për shkak të tërheqjes së një vrime të dytë të zezë që ndodhet në qendër të grumbullit. Masa e kësaj vrime të zezë mund të vlerësohet nga aftësia e saj për të mbajtur një grup të tërë yjor "në një zinxhir". Një vrimë e zezë me madhësi mesatare duket se rrotullohet rreth vrimës së zezë qendrore në rreth 100 vjet. Kjo do të thotë se vëzhgimet afatgjata gjatë shumë viteve do të na lejojnë ta "shohim" atë.

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 në univers dhe madje edhe natyrën e realitetit ekzistues. Për të kuptuar se çfarë janë vrimat e zeza, shkencëtarët ofrojnë të "ndryshojnë pikat e referimit", të mësojnë të mendojnë jashtë kutisë dhe të aplikojnë 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. Kjo është zona ku shpejtësia e dytë hapësinore tejkalon shpejtësinë e dritës: Dhe sa më masiv të jetë objekti i lëvizjes, aq më shpejt duhet të lëvizë për të hequr qafe gravitetin e tij. Kjo njihet si shpejtësia e dytë e ikjes.

Enciklopedia Collier e quan një vrimë të zezë një rajon në hapësirë ​​që ka lindur si rezultat i një kolapsi të plotë gravitacional të materies, në të cilin tërheqja gravitacionale është aq e fortë sa që as lënda, as drita dhe as transportuesit e tjerë të informacionit nuk mund ta lënë atë. Prandaj, brendësia e një vrime të zezë nuk ka lidhje kauzale 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 saj. 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 kohës 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 na detyruan t'i shikojmë vrimat e zeza si një realitet të mundshëm fizik. 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 brendësi të 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 një ylli 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?

Çdo gjë që nuk lëshon dritë është e vështirë të shihet. Një mënyrë për të kërkuar një vrimë të zezë është të kërkoni zona në hapësirën e jashtme që kanë shumë masë dhe janë në hapësirë ​​të errët. Gjatë kërkimit të këtyre llojeve të objekteve, astronomët i kanë gjetur ato në dy zona kryesore: në qendrat e galaktikave dhe në sistemet binare të yjeve në galaktikën tonë. Në total, siç sugjerojnë shkencëtarët, ka dhjetëra miliona objekte të tilla.

Për shkak të rritjes relativisht të fundit të interesit për të bërë filma shkencorë popullorë rreth eksplorimit të hapësirës, ​​shikuesi modern ka dëgjuar shumë për fenomene të tilla si singulariteti ose vrima e zezë. Megjithatë, filmat padyshim nuk zbulojnë natyrën e plotë të këtyre fenomeneve, dhe ndonjëherë edhe shtrembërojnë teoritë e ndërtuara shkencore për efekt më të madh. Për këtë arsye, ideja e shumë njerëzve modernë për këto fenomene është ose krejtësisht sipërfaqësore ose krejtësisht e gabuar. Një nga zgjidhjet e problemit që ka lindur është ky artikull, në të cilin do të përpiqemi të kuptojmë rezultatet ekzistuese të kërkimit dhe t'i përgjigjemi pyetjes - çfarë është një vrimë e zezë?

Në 1784, prifti dhe natyralisti anglez John Michell përmendi për herë të parë në një letër drejtuar Shoqërisë Mbretërore një trup masiv hipotetik që ka një tërheqje gravitacionale aq të fortë sa që shpejtësia e dytë kozmike për të do të tejkalonte shpejtësinë e dritës. Shpejtësia e dytë kozmike është shpejtësia që do t'i duhej një objekti relativisht i vogël për të kapërcyer tërheqjen gravitacionale të një trupi qiellor dhe për të lënë orbitën e mbyllur rreth këtij trupi. Sipas llogaritjeve të tij, një trup me densitetin e Diellit dhe me një rreze prej 500 rrezesh diellore do të ketë në sipërfaqen e tij një shpejtësi të dytë kozmike të barabartë me shpejtësinë e dritës. Në këtë rast, as drita nuk do të largohet nga sipërfaqja e një trupi të tillë, dhe për këtë arsye ky trup vetëm do të thithë dritën hyrëse dhe do të mbetet i padukshëm për vëzhguesin - një lloj njolle e zezë në sfondin e hapësirës së errët.

Sidoqoftë, koncepti i një trupi supermasiv i propozuar nga Michell nuk tërhoqi shumë interes deri në punën e Ajnshtajnit. Kujtojmë se ky i fundit përcaktoi shpejtësinë e dritës si shpejtësinë kufizuese të transferimit të informacionit. Përveç kësaj, Ajnshtajni zgjeroi teorinë e gravitetit për shpejtësi afër shpejtësisë së dritës (). Si rezultat, nuk ishte më e rëndësishme të zbatohej teoria e Njutonit në vrimat e zeza.

ekuacioni i Ajnshtajnit

Si rezultat i aplikimit të relativitetit të përgjithshëm për vrimat e zeza dhe zgjidhjes së ekuacioneve të Ajnshtajnit, u zbuluan parametrat kryesorë të një vrime të zezë, nga të cilat janë vetëm tre: masa, ngarkesa elektrike dhe momenti këndor. Duhet të theksohet kontributi i rëndësishëm i astrofizikanit indian Subramanyan Chandrasekhar, i cili krijoi një monografi themelore: "Teoria matematikore e vrimave të zeza".

Kështu, zgjidhja e ekuacioneve të Ajnshtajnit përfaqësohet nga katër opsione për katër lloje të mundshme të vrimave të zeza:

• Vrima e zezë pa rrotullim dhe pa ngarkesë - zgjidhja e Schwarzschild-it. Një nga përshkrimet e para të një vrime të zezë (1916) duke përdorur ekuacionet e Ajnshtajnit, por pa marrë parasysh dy nga tre parametrat e trupit. Zgjidhja e fizikanit gjerman Karl Schwarzschild ju lejon të llogaritni fushën e jashtme gravitacionale të një trupi masiv sferik. Një tipar i konceptit të shkencëtarit gjerman për vrimat e zeza është prania e një horizonti ngjarjeje dhe atij që qëndron pas tij. Schwarzschild gjithashtu llogariti fillimisht rrezen gravitacionale, e cila mori emrin e tij, e cila përcakton rrezen e sferës në të cilën do të vendosej horizonti i ngjarjeve për një trup me një masë të caktuar.
• Një vrimë e zezë pa rrotullim me ngarkesë - zgjidhja Reisner-Nordström. Një zgjidhje e paraqitur në 1916-1918, duke marrë parasysh ngarkesën e mundshme elektrike të një vrime të zezë. Kjo ngarkesë nuk mund të jetë arbitrarisht e madhe dhe është e kufizuar për shkak të zmbrapsjes elektrike që rezulton. Kjo e fundit duhet të kompensohet nga tërheqja gravitacionale.
• Një vrimë e zezë me rrotullim dhe pa ngarkesë - zgjidhja e Kerrit (1963). Një vrimë e zezë rrotulluese Kerr ndryshon nga ajo statike nga prania e të ashtuquajturës ergosferë (lexoni më tej rreth kësaj dhe përbërësve të tjerë të një vrime të zezë).
• BH me rrotullim dhe ngarkesë - Zgjidhja Kerr-Newman. Kjo zgjidhje është llogaritur në vitin 1965 dhe aktualisht është më e plota, pasi merr parasysh të tre parametrat e BH. Megjithatë, ende supozohet se vrimat e zeza në natyrë kanë një ngarkesë të parëndësishme.

Formimi i një vrime të zezë

Ekzistojnë disa teori rreth asaj se si formohet dhe shfaqet një vrimë e zezë, më e famshmja prej të cilave është shfaqja e një ylli me masë të mjaftueshme si rezultat i kolapsit gravitacional. Një kompresim i tillë mund t'i japë fund evolucionit të yjeve me një masë më shumë se tre masa diellore. Pas përfundimit të reaksioneve termonukleare brenda yjeve të tillë, ato fillojnë të tkurren me shpejtësi në një super të dendur. Nëse presioni i gazit të një ylli neutron nuk mund të kompensojë forcat gravitacionale, domethënë, masa e yllit kapërcen të ashtuquajturën. Kufiri Oppenheimer-Volkov, pastaj kolapsi vazhdon, si rezultat i së cilës lënda ngjesh në një vrimë të zezë.

Skenari i dytë që përshkruan lindjen e një vrime të zezë është ngjeshja e gazit protogalaktik, domethënë gazit ndëryjor që është në fazën e transformimit në një galaktikë ose një lloj grumbulli. Në rastin e presionit të brendshëm të pamjaftueshëm për të kompensuar të njëjtat forca gravitacionale, mund të lindë një vrimë e zezë.

Dy skenarë të tjerë mbeten hipotetikë:

• Shfaqja e një vrime të zezë si rezultat - e ashtuquajtura. vrimat e zeza primordiale.
• Ndodhja si rezultat i reaksioneve bërthamore në energji të larta. Një shembull i reagimeve të tilla janë eksperimentet mbi përplasësit.

Struktura dhe fizika e vrimave të zeza

Struktura e një vrime të zezë sipas Schwarzschild përfshin vetëm dy elementë që u përmendën më herët: singularitetin dhe horizontin e ngjarjeve të një vrime të zezë. Duke folur shkurtimisht për singularitetin, mund të vërehet se është e pamundur të vizatohet një vijë e drejtë përmes saj, dhe gjithashtu se shumica e teorive fizike ekzistuese nuk funksionojnë brenda saj. Kështu, fizika e singularitetit mbetet një mister për shkencëtarët sot. vrima e zezë - ky është një lloj kufiri, duke e kaluar, një objekt fizik humbet aftësinë për t'u kthyer përtej tij dhe pa mëdyshje "bie" në singularitetin e një vrime të zezë.

Struktura e një vrime të zezë bëhet disi më e ndërlikuar në rastin e zgjidhjes Kerr, domethënë, në prani të rrotullimit të BH. Zgjidhja e Kerrit nënkupton që vrima ka një ergosferë. Ergosfera - një zonë e caktuar e vendosur jashtë horizontit të ngjarjeve, brenda së cilës të gjithë trupat lëvizin në drejtim të rrotullimit të vrimës së zezë. Kjo zonë nuk është ende emocionuese dhe është e mundur të largoheni nga ajo, ndryshe nga horizonti i ngjarjeve. Ergosfera është ndoshta një lloj analog i një disku shtues, i cili përfaqëson një substancë rrotulluese rreth trupave masivë. Nëse një vrimë e zezë statike e Schwarzschild përfaqësohet si një sferë e zezë, atëherë vrima e zezë Kerry, për shkak të pranisë së një ergosfere, ka formën e një elipsoidi të pjerrët, në formën e të cilit shpesh kemi parë vrima të zeza në vizatime, në të vjetra. filma ose video lojëra.

• Sa peshon një vrimë e zezë? - Materiali më i madh teorik mbi shfaqjen e një vrime të zezë është në dispozicion për skenarin e shfaqjes së saj si rezultat i rënies së një ylli. Në këtë rast, masa maksimale e një ylli neutron dhe masa minimale e një vrime të zezë përcaktohen nga kufiri Oppenheimer-Volkov, sipas të cilit kufiri i poshtëm i masës BH është 2,5 - 3 masa diellore. Vrima e zezë më e rëndë e zbuluar ndonjëherë (në galaktikën NGC 4889) ka një masë prej 21 miliardë masash diellore. Megjithatë, nuk duhet harruar për vrimat e zeza, që hipotetikisht rezultojnë nga reaksionet bërthamore në energji të larta, siç janë ato në përplasjet. Masa e këtyre vrimave të zeza kuantike, me fjalë të tjera "vrimat e zeza të Plankut" është e rendit të , përkatësisht 2 10 −5 g.
• Madhësia e vrimës së zezë. Rrezja minimale BH mund të llogaritet nga masa minimale (2,5 - 3 masa diellore). Nëse rrezja gravitacionale e Diellit, domethënë zona ku do të ishte horizonti i ngjarjeve, është rreth 2,95 km, atëherë rrezja minimale e një BH prej 3 masash diellore do të jetë rreth nëntë kilometra. Përmasa të tilla relativisht të vogla nuk përshtaten në kokë kur bëhet fjalë për objekte masive që tërheqin gjithçka përreth. Megjithatë, për vrimat e zeza kuantike, rrezja është -10 −35 m.
• Dendësia mesatare e një vrime të zezë varet nga dy parametra: masa dhe rrezja. Dendësia e një vrime të zezë me një masë rreth tre masa diellore është rreth 6 10 26 kg/m³, ndërsa dendësia e ujit është 1000 kg/m³. Megjithatë, vrima të tilla të zeza të vogla nuk janë gjetur nga shkencëtarët. Shumica e BH-ve të zbuluara kanë masa më të mëdha se 105 masa diellore. Ekziston një model interesant sipas të cilit sa më masive të jetë vrima e zezë, aq më e ulët është dendësia e saj. Në këtë rast, një ndryshim në masë me 11 rend të madhësisë sjell një ndryshim në densitet me 22 rend të madhësisë. Kështu, një vrimë e zezë me një masë prej 1 ·10 9 masa diellore ka një densitet prej 18.5 kg/m³, që është një më pak se dendësia e arit. Dhe vrimat e zeza me një masë prej më shumë se 10 10 masa diellore mund të kenë një densitet mesatar më të vogël se dendësia e ajrit. Bazuar në këto llogaritje, është logjike të supozohet se formimi i një vrime të zezë nuk ndodh për shkak të ngjeshjes së materies, por si rezultat i akumulimit të një sasie të madhe lënde në një vëllim të caktuar. Në rastin e vrimave të zeza kuantike, dendësia e tyre mund të jetë rreth 10 94 kg/m³.
• Temperatura e një vrime të zezë është gjithashtu në përpjesëtim të zhdrejtë me masën e saj. Kjo temperaturë lidhet drejtpërdrejt me. Spektri i këtij rrezatimi përkon me spektrin e një trupi plotësisht të zi, domethënë një trup që thith të gjithë rrezatimin e rënë. Spektri i rrezatimit të një trupi të zi varet vetëm nga temperatura e tij, atëherë temperatura e një vrime të zezë mund të përcaktohet nga spektri i rrezatimit Hawking. Siç u përmend më lart, ky rrezatim është sa më i fuqishëm, aq më i vogël është vrima e zezë. Në të njëjtën kohë, rrezatimi Hawking mbetet hipotetik, pasi nuk është vëzhguar ende nga astronomët. Nga kjo rrjedh se nëse ekziston rrezatimi Hawking, atëherë temperatura e BH-ve të vëzhguara është aq e ulët sa nuk lejon që dikush të zbulojë rrezatimin e treguar. Sipas llogaritjeve, edhe temperatura e një vrime me masë në rendin e masës së Diellit është paksa e vogël (1 ·10 -7 K ose -272°C). Temperatura e vrimave të zeza kuantike mund të arrijë rreth 10 12 K, dhe me avullimin e tyre të shpejtë (rreth 1.5 min.), vrima të tilla të zeza mund të lëshojnë energji të rendit të dhjetë milionë bombave atomike. Por, për fat të mirë, krijimi i objekteve të tilla hipotetike do të kërkojë energji 10 14 herë më të madhe se ajo e arritur sot në Përplasësin e Madh të Hadronit. Për më tepër, fenomene të tilla nuk janë vërejtur kurrë nga astronomët.

Nga se përbëhet një CHD?

Një pyetje tjetër shqetëson si shkencëtarët ashtu edhe ata që janë thjesht të apasionuar pas astrofizikës - nga çfarë përbëhet një vrimë e zezë? Nuk ka asnjë përgjigje të vetme për këtë pyetje, pasi nuk është e mundur të shikosh përtej horizontit të ngjarjeve që rrethon ndonjë vrimë të zezë. Përveç kësaj, siç u përmend më herët, modelet teorike të një vrime të zezë parashikojnë vetëm 3 nga përbërësit e saj: ergosferën, horizontin e ngjarjeve dhe singularitetin. Është logjike të supozohet se në ergosferë ka vetëm ato objekte që tërhiqen nga vrima e zezë, dhe të cilat tani rrotullohen rreth saj - lloje të ndryshme trupash kozmikë dhe gaz kozmik. Horizonti i ngjarjeve është vetëm një kufi i hollë i nënkuptuar, një herë përtej të cilit, të njëjtët trupa kozmikë tërhiqen në mënyrë të pakthyeshme drejt komponentit të fundit kryesor të vrimës së zezë - singularitetit. Natyra e singularitetit nuk është studiuar sot dhe është shumë herët të flitet për përbërjen e tij.

Sipas disa supozimeve, një vrimë e zezë mund të përbëhet nga neutrone. Nëse ndjekim skenarin e shfaqjes së një vrime të zezë si rezultat i ngjeshjes së një ylli në një yll neutron me ngjeshjen e tij të mëvonshme, atëherë, me siguri, pjesa kryesore e vrimës së zezë përbëhet nga neutrone, nga të cilët ylli neutron vetë përbëhet. Me fjalë të thjeshta: kur një yll shembet, atomet e tij kompresohen në atë mënyrë që elektronet bashkohen me protonet, duke formuar kështu neutrone. Një reagim i tillë me të vërtetë ndodh në natyrë, me formimin e një neutroni, ndodh emetimi i neutrinos. Megjithatë, këto janë vetëm supozime.

Çfarë ndodh nëse bini në një vrimë të zezë?

Rënia në një vrimë të zezë astrofizike çon në shtrirje të trupit. Konsideroni një astronaut hipotetik vetëvrasës që shkon në një vrimë të zezë i veshur vetëm me një kostum hapësinor, së pari këmbët. Duke kaluar horizontin e ngjarjeve, astronauti nuk do të vërejë asnjë ndryshim, pavarësisht se ai nuk ka më mundësi të kthehet. Në një moment, astronauti do të arrijë në një pikë (pak pas horizontit të ngjarjeve) ku do të fillojë të ndodhë deformimi i trupit të tij. Meqenëse fusha gravitacionale e një vrime të zezë është jo uniforme dhe përfaqësohet nga një gradient force që rritet drejt qendrës, këmbët e astronautit do t'i nënshtrohen një efekti gravitacional dukshëm më të madh sesa, për shembull, koka. Pastaj, për shkak të gravitetit, ose më saktë, forcave të baticës, këmbët do të "bien" më shpejt. Kështu, trupi fillon të shtrihet gradualisht në gjatësi. Për të përshkruar këtë fenomen, astrofizikanët kanë dalë me një term mjaft krijues - spagetifikimi. Shtrirja e mëtejshme e trupit ndoshta do ta zbërthejë atë në atome, të cilat, herët a vonë, do të arrijnë një singularitet. Mund të merret me mend vetëm se çfarë do të ndjejë një person në këtë situatë. Vlen të përmendet se efekti i shtrirjes së trupit është në përpjesëtim të zhdrejtë me masën e vrimës së zezë. Kjo do të thotë, nëse një BH me masën e tre Diejve shtrin/thyen trupin në çast, atëherë vrima e zezë supermasive do të ketë forca baticore më të ulëta dhe, ka sugjerime se disa materiale fizike mund të "tolerojnë" një deformim të tillë pa humbur strukturën e tyre.

Siç e dini, pranë objekteve masive, koha rrjedh më ngadalë, që do të thotë se koha për një astronaut vetëvrasës do të rrjedhë shumë më ngadalë sesa për tokën. Në atë rast, ndoshta ai do të mbijetojë jo vetëm miqtë e tij, por vetë Toka. Llogaritjet do të kërkohen për të përcaktuar se sa kohë do të ngadalësohet për një astronaut, por nga sa më sipër mund të supozohet se astronauti do të bjerë në vrimën e zezë shumë ngadalë dhe thjesht mund të mos jetojë për të parë momentin kur trupi i tij fillon të deformohet. .

Vlen të përmendet se për një vëzhgues jashtë, të gjithë trupat që kanë fluturuar deri në horizontin e ngjarjeve do të mbeten në skaj të këtij horizonti derisa imazhi i tyre të zhduket. Arsyeja për këtë fenomen është zhvendosja gravitacionale e kuqe. Duke e thjeshtuar disi, mund të themi se drita që bie mbi trupin e një astronauti vetëvrasës "të ngrirë" në horizontin e ngjarjeve do të ndryshojë frekuencën e saj për shkak të kohës së ngadalësuar. Me kalimin e kohës më ngadalë, frekuenca e dritës do të ulet dhe gjatësia e valës do të rritet. Si rezultat i këtij fenomeni, në dalje, domethënë për një vëzhgues të jashtëm, drita gradualisht do të zhvendoset drejt frekuencës së ulët - e kuqe. Një zhvendosje e dritës përgjatë spektrit do të ndodhë, ndërsa astronauti vetëvrasës largohet gjithnjë e më shumë nga vëzhguesi, megjithëse pothuajse në mënyrë të padukshme, dhe koha e tij rrjedh gjithnjë e më ngadalë. Kështu, drita e reflektuar nga trupi i tij së shpejti do të shkojë përtej spektrit të dukshëm (imazhi do të zhduket), dhe në të ardhmen trupi i astronautit mund të kapet vetëm në rajonin infra të kuqe, më vonë në rajonin e frekuencës së radios, dhe si rezultat, rrezatimi do të jetë plotësisht i pakapshëm.

Pavarësisht nga ajo që është shkruar më lart, supozohet se në vrimat e zeza shumë të mëdha supermasive, forcat e baticës nuk ndryshojnë aq shumë me distancën dhe veprojnë pothuajse në mënyrë të njëtrajtshme në trupin që bie. Në një rast të tillë, anija kozmike në rënie do të ruante strukturën e saj. Shtrohet një pyetje e arsyeshme - ku të çon një vrimë e zezë? Kësaj pyetjeje mund t'i përgjigjet puna e disa shkencëtarëve, duke lidhur dy fenomene të tilla si vrimat e krimbave dhe vrimat e zeza.

Në vitin 1935, Albert Einstein dhe Nathan Rosen, duke marrë parasysh, parashtruan një hipotezë në lidhje me ekzistencën e të ashtuquajturave vrima krimbash, duke lidhur dy pika të hapësirë-kohës me rrugë në vendet e lakimit të rëndësishëm të kësaj të fundit - ura Einstein-Rosen. ose vrimë krimbi. Për një lakim kaq të fuqishëm të hapësirës, ​​do të kërkohen trupa me një masë gjigante, me rolin e të cilave vrimat e zeza do të përballonin në mënyrë të përsosur.

Ura Einstein-Rosen konsiderohet një vrimë krimbi e padepërtueshme, pasi është e vogël dhe e paqëndrueshme.

Një vrimë krimbi e kalueshme është e mundur brenda teorisë së vrimave bardh e zi. Ku vrima e bardhë është prodhimi i informacionit që ra në vrimën e zezë. Vrima e bardhë përshkruhet në kuadrin e relativitetit të përgjithshëm, por sot ajo mbetet hipotetike dhe nuk është zbuluar. Një model tjetër i një vrime krimbi u propozua nga shkencëtarët amerikanë Kip Thorne dhe studenti i tij i diplomuar Mike Morris, i cili mund të jetë i kalueshëm. Megjithatë, si në rastin e vrimës së krimbit Morris-Thorne, edhe në rastin e vrimave bardh e zi, mundësia e udhëtimit kërkon ekzistimin e të ashtuquajturës lëndë ekzotike, e cila ka energji negative dhe gjithashtu mbetet hipotetike.

Vrimat e zeza në univers

Ekzistenca e vrimave të zeza u konfirmua relativisht kohët e fundit (shtator 2015), por para kësaj kohe kishte tashmë shumë materiale teorike mbi natyrën e vrimave të zeza, si dhe shumë objekte kandidate për rolin e një vrime të zezë. Para së gjithash, duhet të merren parasysh dimensionet e vrimës së zezë, pasi vetë natyra e fenomenit varet prej tyre:

• vrima e zezë në masë yjore. Objekte të tilla formohen si rezultat i rënies së një ylli. Siç u përmend më herët, masa minimale e një trupi të aftë për të formuar një vrimë të tillë të zezë është 2.5 - 3 masa diellore.
• Vrimat e zeza me masë të ndërmjetme. Një lloj i ndërmjetëm i kushtëzuar i vrimave të zeza që janë rritur për shkak të përthithjes së objekteve afër, si akumulimet e gazit, një yll fqinj (në sistemet e dy yjeve) dhe trupa të tjerë kozmikë.
• Vrima e zezë supermasive. Objekte kompakte me masa diellore 10 5 -10 10. Vetitë dalluese të BH-ve të tilla janë densiteti paradoksal i ulët, si dhe forcat e dobëta të baticës, të cilat u diskutuan më herët. Është kjo vrimë e zezë supermasive në qendër të galaktikës sonë Rruga e Qumështit (Shigjetari A*, Sgr A*), si dhe shumica e galaktikave të tjera.

Kandidatët për CHD

Vrima e zezë më e afërt, ose më saktë një kandidat për rolin e një vrime të zezë, është një objekt (V616 Unicorn), i cili ndodhet në një distancë prej 3000 vjet dritë nga Dielli (në galaktikën tonë). Ai përbëhet nga dy përbërës: një yll me masë sa gjysma e masës diellore, si dhe një trup i vogël i padukshëm, masa e të cilit është 3 - 5 masa diellore. Nëse ky objekt rezulton të jetë një vrimë e zezë e vogël me masë yjore, atëherë me të drejtë do të jetë vrima e zezë më e afërt.

Pas këtij objekti, vrima e dytë e zezë më e afërt është Cyg X-1 (Cyg X-1), e cila ishte kandidatja e parë për rolin e një vrime të zezë. Distanca me të është afërsisht 6070 vite dritë. I studiuar mjaft mirë: ai ka një masë prej 14.8 masash diellore dhe një rreze horizonti ngjarjesh prej rreth 26 km.

Sipas disa burimeve, një tjetër kandidat më i afërt për rolin e një vrime të zezë mund të jetë një trup në sistemin yjor V4641 Sagittarii (V4641 Sgr), i cili, sipas vlerësimeve në 1999, ishte vendosur në një distancë prej 1600 vite dritë. Megjithatë, studimet e mëvonshme e rritën këtë distancë me të paktën 15 herë.

Sa vrima të zeza ka në galaktikën tonë?

Nuk ka përgjigje të saktë për këtë pyetje, pasi është mjaft e vështirë t'i vëzhgosh ato, dhe gjatë gjithë studimit të qiellit, shkencëtarët arritën të zbulojnë rreth një duzinë vrima të zeza brenda Rrugës së Qumështit. Pa iu nënshtruar llogaritjeve, vërejmë se në galaktikën tonë ka rreth 100 - 400 miliardë yje, dhe rreth çdo i mijëti yll ka masë të mjaftueshme për të formuar një vrimë të zezë. Ka të ngjarë që miliona vrima të zeza mund të jenë formuar gjatë ekzistencës së Rrugës së Qumështit. Meqenëse është më e lehtë të regjistrohen vrimat e zeza të mëdha, është logjike të supozohet se shumica e BH-ve në galaktikën tonë nuk janë supermasive. Vlen të përmendet se hulumtimi i NASA-s në 2005 sugjeron praninë e një tufe të tërë vrimash të zeza (10-20 mijë) që rrotullohen rreth qendrës së galaktikës. Për më tepër, në vitin 2016, astrofizikanët japonezë zbuluan një satelit masiv pranë objektit * - një vrimë e zezë, thelbi i Rrugës së Qumështit. Për shkak të rrezes së vogël (0,15 vite dritë) të këtij trupi, si dhe masës së tij të madhe (100,000 masa diellore), shkencëtarët sugjerojnë se ky objekt është gjithashtu një vrimë e zezë supermasive.

Bërthama e galaktikës sonë, vrima e zezë e Rrugës së Qumështit (Shigjetari A *, Sgr A * ose Shigjetari A *) është supermasive dhe ka një masë prej 4.31 10 6 masa diellore dhe një rreze prej 0.00071 vite dritë (6.25 orë dritë ose 6.75 miliardë km). Temperatura e Shigjetarit A* së bashku me grupin rreth tij është rreth 1 10 7 K.

Vrima e zezë më e madhe

Vrima e zezë më e madhe në univers që shkencëtarët kanë mundur të zbulojnë është një vrimë e zezë supermasive, blazari FSRQ, në qendër të galaktikës S5 0014+81, në një distancë prej 1.2·10 10 vite dritë nga Toka. Sipas rezultateve paraprake të vëzhgimit, me ndihmën e observatorit hapësinor Swift, masa e vrimës së zezë ishte 40 miliardë (40 10 9) masa diellore, dhe rrezja Schwarzschild e një vrime të tillë ishte 118.35 miliardë kilometra (0.013 vite dritë). . Përveç kësaj, sipas llogaritjeve, ajo u ngrit 12.1 miliardë vjet më parë (1.6 miliardë vjet pas Big Bengut). Nëse kjo vrimë e zezë gjigante nuk e përthith lëndën që e rrethon, atëherë do të jetojë për të parë epokën e vrimave të zeza - një nga epokat në zhvillimin e Universit, gjatë së cilës vrimat e zeza do të dominojnë në të. Nëse bërthama e galaktikës S5 0014+81 vazhdon të rritet, atëherë ajo do të bëhet një nga vrimat e zeza të fundit që do të ekzistojë në Univers.

Dy vrimat e tjera të zeza të njohura, edhe pse nuk emërtohen, kanë rëndësinë më të madhe për studimin e vrimave të zeza, pasi konfirmuan ekzistencën e tyre në mënyrë eksperimentale, si dhe dhanë rezultate të rëndësishme për studimin e gravitetit. Bëhet fjalë për ngjarjen GW150914, e cila quhet përplasja e dy vrimave të zeza në një. Kjo ngjarje lejoi regjistrimin.

Zbulimi i vrimave të zeza

Para se të shqyrtojmë metodat për zbulimin e vrimave të zeza, duhet t'i përgjigjemi pyetjes - pse një vrimë e zezë është e zezë? - Përgjigja për të nuk kërkon njohuri të thella në astrofizikë dhe kozmologji. Fakti është se një vrimë e zezë thith të gjithë rrezatimin që bie mbi të dhe nuk rrezaton fare, nëse nuk merrni parasysh hipotezën. Nëse e konsiderojmë këtë fenomen në mënyrë më të detajuar, mund të supozojmë se nuk ka procese brenda vrimave të zeza që çojnë në çlirimin e energjisë në formën e rrezatimit elektromagnetik. Atëherë nëse vrima e zezë rrezaton, atëherë ajo është në spektrin Hawking (i cili përkon me spektrin e një trupi të ndezur, absolutisht të zi). Megjithatë, siç u përmend më herët, ky rrezatim nuk u zbulua, gjë që sugjeron një temperaturë krejtësisht të ulët të vrimave të zeza.

Një teori tjetër e pranuar përgjithësisht thotë se rrezatimi elektromagnetik nuk është aspak i aftë të largohet nga horizonti i ngjarjeve. Ka shumë të ngjarë që fotonet (grimcat e dritës) të mos tërhiqen nga objekte masive, pasi sipas teorisë ato vetë nuk kanë masë. Megjithatë, vrima e zezë ende "tërheq" fotonet e dritës përmes shtrembërimit të hapësirë-kohës. Nëse e imagjinojmë një vrimë të zezë në hapësirë ​​si një lloj depresioni në sipërfaqen e lëmuar të hapësirë-kohës, atëherë ekziston një distancë e caktuar nga qendra e vrimës së zezë, afër së cilës drita nuk do të jetë më në gjendje të largohet prej saj. . Domethënë, përafërsisht, drita fillon të "bie" në "gropë", e cila nuk ka as "fund".

Përveç kësaj, nëse marrim parasysh efektin e zhvendosjes së kuqe gravitacionale, është e mundur që drita në një vrimë të zezë të humbasë frekuencën e saj, duke u zhvendosur përgjatë spektrit në rajonin e rrezatimit me valë të gjata me frekuencë të ulët, derisa të humbasë energjinë krejtësisht.

Pra, një vrimë e zezë është e zezë dhe për këtë arsye e vështirë për t'u zbuluar në hapësirë.

Metodat e zbulimit

Konsideroni metodat që përdorin astronomët për të zbuluar një vrimë të zezë:

Përveç metodave të përmendura më lart, shkencëtarët shpesh shoqërojnë objekte të tilla si vrimat e zeza dhe. Kuazarët janë disa akumulime të trupave kozmikë dhe gazit, të cilët janë ndër objektet më të shndritshëm astronomikë në Univers. Meqenëse ato kanë një intensitet të lartë lumineshence në përmasa relativisht të vogla, ka arsye të besohet se qendra e këtyre objekteve është një vrimë e zezë supermasive, e cila tërheq lëndën përreth në vetvete. Për shkak të një tërheqjeje kaq të fuqishme gravitacionale, lënda e tërhequr nxehet aq shumë sa rrezaton intensivisht. Zbulimi i objekteve të tilla zakonisht krahasohet me zbulimin e një vrime të zezë. Ndonjëherë kuazarët mund të rrezatojnë avionë të plazmës së nxehtë në dy drejtime - avionë relativistë. Arsyet e shfaqjes së avionëve të tillë (jet) nuk janë plotësisht të qarta, por ato me siguri shkaktohen nga ndërveprimi i fushave magnetike të BH dhe diskut të grumbullimit dhe nuk emetohen nga një vrimë e zezë direkte.

Një avion në galaktikën M87 që godet nga qendra e një vrime të zezë

Duke përmbledhur sa më sipër, mund të imagjinohet, nga afër: është një objekt i zi sferik, rreth të cilit rrotullohet materia fort e nxehtë, duke formuar një disk akrecioni të ndritshëm.

Bashkimi dhe përplasja e vrimave të zeza

Një nga fenomenet më interesante në astrofizikë është përplasja e vrimave të zeza, e cila gjithashtu bën të mundur zbulimin e trupave të tillë masivë astronomikë. Procese të tilla janë me interes jo vetëm për astrofizikanët, pasi ato rezultojnë në fenomene të studiuara dobët nga fizikanët. Shembulli më i qartë është ngjarja e përmendur më parë e quajtur GW150914, kur dy vrima të zeza u afruan aq shumë sa, si rezultat i tërheqjes reciproke gravitacionale, ato u bashkuan në një. Një pasojë e rëndësishme e kësaj përplasjeje ishte shfaqja e valëve gravitacionale.

Sipas përkufizimit të valëve gravitacionale, këto janë ndryshime në fushën gravitacionale që përhapen në një mënyrë të ngjashme me valën nga objektet masive në lëvizje. Kur dy objekte të tilla i afrohen njëri-tjetrit, ato fillojnë të rrotullohen rreth një qendre të përbashkët graviteti. Ndërsa afrohen me njëri-tjetrin, rrotullimi i tyre rreth boshtit të tyre rritet. Lëkundje të tilla të ndryshueshme të fushës gravitacionale në një moment mund të formojnë një valë të fuqishme gravitacionale që mund të përhapet në hapësirë ​​për miliona vite dritë. Pra, në një distancë prej 1.3 miliardë vite dritë, ndodhi një përplasje e dy vrimave të zeza, të cilat formuan një valë të fuqishme gravitacionale që arriti në Tokë më 14 shtator 2015 dhe u regjistrua nga detektorët LIGO dhe VIRGO.

Si vdesin vrimat e zeza?

Natyrisht, që një vrimë e zezë të pushojë së ekzistuari, ajo do të duhej të humbiste të gjithë masën e saj. Megjithatë, sipas përkufizimit të saj, asgjë nuk mund të largohet nga vrima e zezë nëse ajo ka kaluar horizontin e saj të ngjarjeve. Dihet se për herë të parë fizikani teorik sovjetik Vladimir Gribov përmendi mundësinë e emetimit të grimcave nga një vrimë e zezë në diskutimin e tij me një shkencëtar tjetër sovjetik Yakov Zeldovich. Ai argumentoi se nga pikëpamja e mekanikës kuantike, një vrimë e zezë është e aftë të lëshojë grimca përmes një efekti tuneli. Më vonë, me ndihmën e mekanikës kuantike, ai ndërtoi teorinë e tij, disi të ndryshme, fizikanin teorik anglez Stephen Hawking. Mund të lexoni më shumë rreth këtij fenomeni. Me pak fjalë, ekzistojnë të ashtuquajturat grimca virtuale në vakum, të cilat lindin vazhdimisht në çifte dhe asgjësojnë njëra-tjetrën, ndërkohë që nuk ndërveprojnë me botën e jashtme. Por nëse çifte të tilla lindin në horizontin e ngjarjeve të vrimës së zezë, atëherë graviteti i fortë hipotetikisht është në gjendje t'i ndajë ato, me një grimcë që bie në vrimën e zezë dhe tjetra largohet nga vrima e zezë. Dhe meqenëse një grimcë që është larguar nga një vrimë mund të vërehet, dhe për këtë arsye ka energji pozitive, një grimcë që ka rënë në një vrimë duhet të ketë energji negative. Kështu, vrima e zezë do të humbasë energjinë e saj dhe do të ketë një efekt të quajtur avullimi i vrimës së zezë.

Sipas modeleve të disponueshme të një vrime të zezë, siç u përmend më herët, ndërsa masa e saj zvogëlohet, rrezatimi i saj bëhet më intensiv. Pastaj, në fazën përfundimtare të ekzistencës së një vrime të zezë, kur ajo mund të zvogëlohet në madhësinë e një vrime të zezë kuantike, ajo do të lëshojë një sasi të madhe energjie në formën e rrezatimit, e cila mund të jetë e barabartë me mijëra apo edhe miliona bomba atomike. Kjo ngjarje të kujton disi shpërthimin e një vrime të zezë, si e njëjta bombë. Sipas llogaritjeve, vrimat e zeza primordiale mund të kishin lindur si rezultat i Big Bengut dhe ato prej tyre, masa e të cilave është rreth 10 12 kg, duhet të kishin avulluar dhe shpërthyer rreth kohës sonë. Sido që të jetë, shpërthime të tilla nuk janë parë kurrë nga astronomët.

Pavarësisht mekanizmit të propozuar nga Hawking për shkatërrimin e vrimave të zeza, vetitë e rrezatimit Hawking shkaktojnë një paradoks në kuadrin e mekanikës kuantike. Nëse një vrimë e zezë thith një pjesë të trupit, dhe më pas humbet masën që rezulton nga përthithja e këtij trupi, atëherë pavarësisht nga natyra e trupit, vrima e zezë nuk do të ndryshojë nga ajo që ishte para përthithjes së trupit. Në këtë rast, informacioni për trupin humbet përgjithmonë. Nga pikëpamja e llogaritjeve teorike, shndërrimi i gjendjes së pastër fillestare në gjendjen e përzier ("termike") që rezulton nuk korrespondon me teorinë aktuale të mekanikës kuantike. Ky paradoks nganjëherë quhet zhdukja e informacionit në një vrimë të zezë. Një zgjidhje e vërtetë për këtë paradoks nuk është gjetur kurrë. Opsionet e njohura për zgjidhjen e paradoksit:

• Mospërputhja e teorisë së Hawking. Kjo nënkupton pamundësinë e shkatërrimit të vrimës së zezë dhe rritjen e vazhdueshme të saj.
• Prania e vrimave të bardha. Në këtë rast, informacioni i zhytur nuk zhduket, por thjesht hidhet në një Univers tjetër.
• Mospërputhja e teorisë së pranuar përgjithësisht të mekanikës kuantike.

Problemi i pazgjidhur i fizikës së vrimës së zezë

Duke gjykuar nga gjithçka që u përshkrua më herët, vrimat e zeza, megjithëse janë studiuar për një kohë relativisht të gjatë, kanë ende shumë karakteristika, mekanizmat e të cilave ende nuk janë të njohura për shkencëtarët.

• Në vitin 1970, një shkencëtar anglez formuloi të ashtuquajturin. "parimi i censurës kozmike" - "Natyra urren singularitetin e zhveshur". Kjo do të thotë se singulariteti formohet vetëm në vende të fshehura nga pamja, si qendra e një vrime të zezë. Megjithatë, ky parim ende nuk është vërtetuar. Ekzistojnë edhe përllogaritje teorike sipas të cilave mund të ndodhë një singularitet "lakuriq".
• Nuk është vërtetuar as “teorema pa qime”, sipas së cilës vrimat e zeza kanë vetëm tre parametra.
• Një teori e plotë e magnetosferës së vrimës së zezë nuk është zhvilluar.
• Natyra dhe fizika e singularitetit gravitacional nuk është studiuar.
• Nuk dihet me siguri se çfarë ndodh në fazën përfundimtare të ekzistencës së një vrime të zezë dhe çfarë mbetet pas zbërthimit të saj kuantik.

Fakte interesante për vrimat e zeza

Duke përmbledhur sa më sipër, ne mund të nxjerrim në pah disa tipare interesante dhe të pazakonta të natyrës së vrimave të zeza:

• Vrimat e zeza kanë vetëm tre parametra: masën, ngarkesën elektrike dhe momentin këndor. Si rezultat i një numri kaq të vogël karakteristikash të këtij trupi, teorema që pohon këtë quhet "teorema pa qime". Nga këtu ka ardhur edhe shprehja "një vrimë e zezë nuk ka flokë", që do të thotë se dy vrima të zeza janë absolutisht identike, tre parametrat e tyre të përmendur janë të njëjtë.
• Dendësia e vrimave të zeza mund të jetë më e vogël se dendësia e ajrit, dhe temperatura është afër zeros absolute. Nga kjo mund të supozojmë se formimi i një vrime të zezë nuk ndodh për shkak të ngjeshjes së materies, por si rezultat i akumulimit të një sasie të madhe lënde në një vëllim të caktuar.
• Koha për trupat e përthithur nga vrimat e zeza shkon shumë më ngadalë sesa për një vëzhgues të jashtëm. Përveç kësaj, trupat e zhytur janë shtrirë ndjeshëm brenda vrimës së zezë, e cila është quajtur spagetifikim nga shkencëtarët.
• Mund të ketë rreth një milion vrima të zeza në galaktikën tonë.
• Ndoshta ekziston një vrimë e zezë supermasive në qendër të çdo galaktike.
• Në të ardhmen, sipas modelit teorik, Universi do të arrijë të ashtuquajturën epokë të vrimave të zeza, kur vrimat e zeza do të bëhen trupat dominues në Univers.

Vrimat e zeza ngjall imagjinatën e shumë - shkencëtarëve dhe njerëzve larg botës së shkencës. Dhe jo të gjithë e kuptojnë se çfarë është një vrimë e zezë.

Vrimat e zeza supermasive

Supozohet se vrima të tilla të zeza janë të vendosura në qendrat e galaktikave. Masa e tyre mund të jetë deri në 10 deri në fuqinë e nëntë të masës së Diellit. Këto përfundime janë bërë në bazë të një analize të lëvizjes së yjeve pranë qendrave të galaktikave.

Ekziston gjithashtu një hipotezë sipas së cilës vrimat e zeza supermasive janë të vendosura në qendrat e kuazareve - më pak të studiuara dhe më të largëta nga ato objekte hapësinore që mund të vëzhgohen nga Toka. Kuazarët janë bërthamat e galaktikave dhe kanë një vrimë të zezë në qendër të tyre.

Kuasarët kanë një shkëlqim tepër të fortë dhe madhësi të vogël, ato mund të vëzhgohen në një distancë prej 10 miliardë vite dritë. Këto objekte lëshojnë energji të madhe në të gjitha zonat e spektrit të valëve elektromagnetike, dhe veçanërisht në rajonin infra të kuqe.

Vrimat e zeza primordiale ose relike

Vrimat e zeza më të vogla, formimi i të cilave ndodhi në fazat e hershme të zhvillimit të Universit. Grumbullimet e materies që u shfaqën si rezultat i johomogjenitetit të Big Bengut mund të tkurren në gjendjen e vrimave të zeza ndërsa pjesa tjetër e materies zgjerohej.

Një vrimë e zezë nuk është gjithmonë diçka shumë e madhe dhe e rëndë. Shkencëtarët sugjerojnë se madhësia e disa vrimave të zeza primordiale mund të jetë shumë më e vogël se madhësia e një protoni.

Në artikullin tonë tjetër, mund të zbuloni se si funksionon një reaktor bërthamor. Dhe nëse keni nevojë për ndihmë me studimet tuaja, ju lutemi kontaktoni

« Fiksi shkencor mund të jetë i dobishëm - stimulon imagjinatën dhe heq frikën nga e ardhmja. Megjithatë, faktet shkencore mund të jenë shumë më të habitshme. Fantashkencë nuk parashikonte as gjëra si vrimat e zeza.»
Stephen Hawking

Në thellësitë e universit për njeriun qëndrojnë mistere dhe mistere të panumërta. 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 thjeshtë, vrimat e zeza janë kthyer në një fenomen kulti, saqë identifikohen me fundin e botës dhe vdekjen e afërt. Ata kanë frikë dhe urrejtje, por në të njëjtën kohë ata idhullohen dhe përkulen para të panjohurës, me të cilën janë të mbushura këto fragmente të çuditshme të Universit. Dakord, të gëlltitet nga një vrimë e zezë është ajo lloj romance. 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 në planet 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 shkojmë në një udhëtim drejt origjinës së zbulimit të vrimave të zeza dhe do të përpiqemi të kuptojmë se çfarë është dhe si të lidhemi me të.

yje të padukshëm

Kështu ndodhi që fizikanët modernë përshkruajnë strukturën e Universit tonë me ndihmën e teorisë së relativitetit, të cilën Ajnshtajni ia dha me kujdes njerëzimit në fillim të shekullit të 20-të. Aq më misterioze janë vrimat e zeza, në horizontin e ngjarjeve të të cilave pushojnë së vepruari të gjitha ligjet e fizikës të njohura për ne, përfshirë teorinë e Ajnshtajnit. A nuk është e mrekullueshme? Përveç kësaj, hamendësimi për ekzistencën e vrimave të zeza u shpreh shumë përpara lindjes së vetë Ajnshtajnit.

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 i bëri vetes jo vetëm pyetje të jetës, por edhe detyra mjaft 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 sërë zbulimesh.

John Michell merrej me sizmologji, por në kohën e lirë i pëlqente të mendonte për të përjetshmen dhe kozmosin. Kështu ai erdhi me idenë se diku në thellësi të universit mund të ekzistojnë trupa supermasivë me 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 e lartë se shpejtësia e dritës. Nëse e pranojmë një teori të tillë si të vërtetë, atëherë as drita nuk do të jetë në gjendje të zhvillojë shpejtësinë e dytë kozmike (shpejtësinë 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 arkiv. Vetëm dyqind vjet më vonë, në gjysmën e dytë të shekullit të 20-të, ajo u gjet mes mijëra të dhënave të tjera të ruajtura me kujdes në bibliotekën antike.

Dëshmia e parë shkencore për ekzistencën e vrimave të zeza

Pas publikimit të Teorisë së Përgjithshme të Relativitetit të Ajnshtajnit, matematikanët dhe fizikantët u vunë seriozisht në zgjidhjen e ekuacioneve të paraqitura nga shkencëtari gjerman, të cilat supozohej të na tregonin shumë për strukturën e Universit. Astronomi gjerman, fizikani Karl Schwarzschild vendosi të bëjë 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" - ​​një kufi imagjinar i hapësirë-kohës në një vrimë të zezë, pas kalimit të së cilës vjen një pikë pa kthim. Nga horizonti i ngjarjeve nuk i shpëton asgjë, madje as drita. Është përtej horizontit të ngjarjeve që ndodh i ashtuquajturi "singularitet", ku ligjet e fizikës të njohura për ne pushojnë së funksionuari.

Duke vazhduar zhvillimin e teorisë së tij dhe zgjidhjen e ekuacioneve, Schwarzschild zbuloi sekrete të reja të vrimave të zeza për veten dhe botën. Pra, ai ishte në gjendje të llogariste, vetëm në letër, distancën nga qendra e një vrime të 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 herë pas here. u shfaq në teorinë e relativitetit. Për pesëmbëdhjetë vitet e ardhshme, studimi 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 u ndanë ekuacionet e Ajnshtajnit, ishte koha për të përdorur përfundimet e nxjerra për të kuptuar strukturën e Universit. Në veçanti, në teorinë e evolucionit të yjeve. Nuk është sekret që asgjë në botën tonë 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 tkurrja gravitacionale (kolapsi gravitacional). Në një moment të caktuar të jetës së tij, një yll fillon të tkurret me një shpejtësi të jashtëzakonshme nën ndikimin e forcave gravitacionale. Si rregull, kjo ndodh në momentin e vdekjes së një ylli, megjithatë, me një kolaps gravitacional, ekzistojnë disa mënyra për ekzistencën e mëtejshme të një topi të nxehtë.

Mbikëqyrësi i Chandrasekhar, Ralph Fowler, një fizikan teorik i respektuar në kohën e tij, sugjeroi që gjatë një kolapsi gravitacional, çdo yll shndërrohet në një yll më të vogël dhe më të nxehtë - një xhuxh i bardhë. Por rezultoi se studenti "theu" teorinë e mësuesit, të cilën e ndanë shumica e fizikantëve në fillim të shekullit të kaluar. Sipas punës së një të riu hindu, vdekja 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 është quajtur 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 kohën e vdekjes mund të rilindë në një yll të ri neutron - një tjetër mister i Universit modern. Teoria e relativitetit, nga ana tjetër, na tregon një opsion më shumë - ngjeshjen e një ylli në vlera ultra të vogla, dhe këtu fillon më interesante.

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 është i ngjeshur në një pikë me një rreze pafundësisht të vogël 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 ishte aq i madh sa do të fillonte të shtrembëronte 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 Sneijder - u shfaq një teori që përshkruan në detaje një yll supermasiv 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 ylli nuk është i aftë për transformime të tilla fenomenale. Fizikanët e tjerë nuk ishin dorështrënguar 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 në një person normal me shprehjen "jashtëzakonisht e ndritshme", por zbulimi i fillimit të viteve '60 të shekullit të kaluar i lejoi shkencëtarët ta konsiderojnë këtë deklaratë të pasaktë.

Me ndihmën e teleskopëve, astrofizikanët arritën të zbulojnë objekte të panjohura deri tani në qiellin me yje, të cilat silleshin mjaft të çuditshme pavarësisht se dukeshin si yje të zakonshëm. Duke studiuar këto ndriçues 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 tërhoqi vëmendjen për zhvendosjen e spektrit në diapazonin e kuq. Doli se këto objekte janë shumë më larg nga ne sesa yjet që jemi mësuar t'i shohim në qiell. Për shembull, objekti i vëzhguar nga Schmidt ndodhej dy miliardë e gjysmë vite dritë nga planeti ynë, por shkëlqeu aq shkëlqyeshëm sa një yll disa 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 "quazar".

Martin Schmidt vazhdoi të studionte objekte të reja dhe zbuloi se një shkëlqim kaq i ndritshëm mund të shkaktohet nga vetëm një arsye - shtimi. Akretimi është procesi i përthithjes së lëndës përreth nga një trup supermasiv me ndihmën e gravitetit. Shkencëtari arriti në përfundimin se në qendër të kuazarëve ekziston një vrimë e zezë e madhe, e cila me forcë të pabesueshme tërheq në vetvete lëndën që e rrethon në hapësirë. Në procesin e përthithjes së materies nga vrima, grimcat përshpejtohen me shpejtësi të jashtëzakonshme dhe fillojnë të shkëlqejnë. Kupola e veçantë e ndritshme rreth një vrime të zezë quhet një disk grumbullimi. Vizualizimi i saj u demonstrua mirë në filmin e Christopher Nolan "Interstellar", i cili ngriti shumë pyetje "si mund të shkëlqejë një vrimë e zezë?".

Deri më sot, shkencëtarët kanë gjetur mijëra kuazar në qiellin me yje. Këto objekte të çuditshme, tepër të ndritshme quhen fenerët e universit. Ato na lejojnë të imagjinojmë strukturën e kozmosit pak më mirë dhe t'i afrohemi momentit nga i cili filloi gjithçka.

Përkundër faktit se astrofizikanët kanë marrë prova indirekte për ekzistencën e objekteve supermasive të padukshme në Univers për shumë vite, termi "vrimë e zezë" nuk ekzistonte deri në vitin 1967. Për të shmangur emrat e ndërlikuar, 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 të dalësh nga një vend i tillë sipas ligjeve moderne të fizikës është thjesht e pamundur. Megjithatë, Stephen Hawking pohon se kur udhëtoni nëpër një vrimë të zezë, mund të futeni 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 të verdhë i pëlqen të spekulojë mbi analfabetizmin e popullatës, duke dhënë histori të mahnitshme se si një vrimë e zezë e madhe po lëviz drejt Tokës sonë, e cila do të gëlltisë sistemin diellor brenda disa orësh, ose thjesht do të lëshojë valë gazi toksik drejt Tokës sonë. planeti.

Veçanërisht e njohur është tema e shkatërrimit të planetit me ndihmën e Përplasësit të Madh të Hadronit, i cili u ndërtua në Evropë në 2006 në territorin e Këshillit Evropian për Kërkime Bërthamore (CERN). 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. Natyrisht, njerëzit e indinjuar filluan të kërkojnë ndalimin e eksperimenteve në LHC, të frikësuar nga një rezultat i tillë. Në Gjykatën Evropiane filluan të vinin padi për mbylljen e përplasësit dhe shkencëtarët që e krijuan atë të dënoheshin me masën e plotë të ligjit.

Në fakt, fizikanët nuk e mohojnë që kur grimcat përplasen në përplasësin e madh të Hadronit, mund të shfaqen objekte të ngjashme në vetitë me vrimat e zeza, por madhësia e tyre është në nivelin e madhësive elementare të grimcave dhe "vrima" të tilla ekzistojnë për një kohë kaq të shkurtër. se ne 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 - fizikani i famshëm teorik, i cili, për më tepër, konsiderohet një "guru" i vërtetë në lidhje me 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 është quajtur rrezatimi Hawking, ose avullimi i vrimës së zezë. Hawking vendosi gjithashtu një marrëdhënie midis madhësisë së një vrime të zezë dhe shkallës së "avullimit" të saj - sa më i vogël të jetë, aq më pak ekziston në kohë. Dhe 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 ekzistojnë as për një të miliontën e sekondës.

Teoria nuk është vërtetuar në praktikë

Fatkeqësisht, teknologjitë e njerëzimit në këtë fazë të zhvillimit nuk na lejojnë 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 konkludohet duke përdorur formula në të cilat gjithçka konvergonte me çdo ndryshore. Nga ana tjetër, në praktikë, ne ende nuk kemi arritur të shohim një vrimë të zezë të vërtetë me sytë tanë.

Pavarësisht nga të gjitha mosmarrëveshjet, fizikanët sugjerojnë se në qendër të secilës prej galaktikave ka një vrimë të zezë supermasive, e cila mbledh yjet në grupime me gravitetin e saj dhe ju bën të udhëtoni nëpër Univers 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 rrotullohen rreth diçkaje që ka një masë të madhe, rreth diçkaje që ne nuk mund ta shohim me teleskop. Me shumë mundësi është një vrimë e zezë. A duhet të ketë frikë? - Jo, të paktën jo në disa miliardë vitet e ardhshme, por ne mund të bëjmë një film tjetër interesant për të.