Физика мен астрономия саласындағы орасан зор жетістіктерге қарамастан, мәні толық ашылмаған көптеген құбылыстар бар. Мұндай құбылыстарға жұмбақ қара тесіктер жатады, олар туралы барлық ақпарат тек теориялық және практикалық жолмен тексерілмейді.

Қара тесіктер бар ма?

Салыстырмалылық теориясы пайда болғанға дейін астрономдар қара шұңқырлардың болуы туралы теорияны ұсынды. Эйнштейннің теориясы жарияланғаннан кейін гравитация мәселесі қайта қаралды және қара тесіктер мәселесінде жаңа болжамдар пайда болды. Бұл ғарыштық нысанды көру шындыққа жанаспайды, өйткені ол өз кеңістігіне енетін барлық жарықты сіңіреді. Ғалымдар жұлдыз аралық газ қозғалысы мен жұлдыздардың траекториясын талдау негізінде қара тесіктердің бар екенін дәлелдейді.

Қара тесіктердің пайда болуы олардың айналасындағы кеңістік-уақыт сипаттамаларының өзгеруіне әкеледі. Уақыт орасан зор тартылыс күшінің әсерінен қысылып, баяулағандай. Қара шұңқырдың жолында қалған жұлдыздар өз бағытынан ауытқып, тіпті бағытын өзгертуі мүмкін. Қара тесіктер өздерінің қос жұлдызының энергиясын сіңіреді, бұл да өзін көрсетеді.

Қара құрдым неге ұқсайды?

Қара тесіктерге қатысты ақпарат негізінен гипотетикалық. Ғалымдар оларды ғарыш пен радиацияға әсері үшін зерттейді. Ғаламдағы қара тесіктерді көру мүмкін емес, өйткені олар жақын маңдағы ғарышқа түсетін барлық жарықты сіңіреді. Арнайы спутниктерден қара заттардың рентгендік суреті түсірілді, бұл сәулелердің көзі болып табылатын жарқын орталықты көрсетеді.

Қара тесіктер қалай пайда болады?

Ғарыштағы қара құрдым - бұл өзіндік ерекше сипаттамалары мен қасиеттері бар жеке әлем. Ғарыштық тесіктердің қасиеттері олардың пайда болу себептерімен анықталады. Қара заттардың пайда болуына қатысты келесі теориялар бар:

1. Олар ғарышта орын алған коллапстардың нәтижесі. Бұл үлкен ғарыштық денелердің соқтығысуы немесе супернованың жарылысы болуы мүмкін.
2. Олар өздерінің өлшемдерін сақтай отырып, ғарыш объектілерінің салмағына байланысты пайда болады. Бұл құбылыстың себебі анықталмады.

Қара шұңқыр - бұл салыстырмалы түрде шағын өлшемді, бірақ үлкен массасы бар кеңістіктегі объект. Қара құрдым теориясы әрбір ғарыштық объект, егер қандай да бір құбылыстардың нәтижесінде өлшемін жоғалтса, бірақ массасын сақтап қалса, қара шұңқырға айналуы мүмкін дейді. Ғалымдар тіпті көптеген қара микротесіктердің - салыстырмалы түрде үлкен массасы бар миниатюралық ғарыш объектілерінің болуы туралы айтады. Масса мен өлшем арасындағы бұл сәйкессіздік гравитациялық өрістің ұлғаюына және күшті тартылыс пайда болуына әкеледі.

Қара шұңқырда не бар?

Қара жұмбақ нысанды тек үлкен созылған тесік деп атауға болады. Бұл құбылыстың орталығы - тартылыс күші жоғары ғарыштық дене. Мұндай тартылыс күші осы ғарыштық дененің бетіне күшті тартылыс болып табылады. Бұл жағдайда ғарыштық шаңның газдары мен түйіршіктері айналатын құйынды ағын пайда болады. Сондықтан қара құрдымды қара шұңқыр деп атаған дұрысырақ.

Қара құрдымның ішінде не бар екенін іс жүзінде білу мүмкін емес, өйткені ғарыштық құйынның ауырлық деңгейі кез келген объектінің оның әсер ету аймағынан шығуына мүмкіндік бермейді. Ғалымдардың пікірінше, қара құрдымның ішінде толық қараңғылық бар, өйткені оның ішінде жарық кванттары қайтымсыз жоғалады. Қара шұңқырдың ішінде кеңістік пен уақыт бұрмаланған деп болжанады, бұл жерде физика мен геометрия заңдары қолданылмайды. Қара тесіктердің мұндай ерекшеліктері қазіргі уақытта ғалымдарға белгісіз антиматерияның пайда болуына әкелуі мүмкін.

Неліктен қара тесіктер қауіпті?

Қара тесіктер кейде қоршаған объектілерді, радиацияны және бөлшектерді сіңіретін объектілер ретінде сипатталады. Бұл идея дұрыс емес: қара құрдымның қасиеттері оның әсер ету аймағына түсетін нәрсені ғана сіңіруге мүмкіндік береді. Ол ғарыштық микробөлшектерді және қос жұлдыздардан шығатын сәулелерді сіңіре алады. Ғаламшар қара құрдымға жақын болса да, ол жұтылмайды, өз орбитасында қозғала береді.

Егер сіз қара тесікке түссеңіз не болады?

Қара тесіктердің қасиеттері гравитациялық өрістің күшіне байланысты. Қара шұңқырлар олардың әсер ету аймағына түсетін барлық нәрсені тартады. Бұл жағдайда кеңістік-уақыттық сипаттамалар өзгереді. Қара тесіктердің барлығын зерттейтін ғалымдар бұл құйындағы нысандармен не болатыны туралы келіспейді:

• кейбір ғалымдар бұл саңылауларға түсетін барлық заттар созылған немесе бөліктерге бөлінген және тартылатын объектінің бетіне жетуге уақыт жоқ деп болжайды;
• басқа ғалымдар тесіктерде барлық әдеттегі сипаттамалар бұрмаланған деп мәлімдейді, сондықтан ондағы заттар уақыт пен кеңістікте жоғалып кеткен сияқты. Осы себепті қара тесіктер кейде басқа әлемдерге шлюз деп аталады.

Қара тесіктердің түрлері

Қара шұңқырлар қалыптасу әдісіне қарай түрлерге бөлінеді:

1. Жұлдыздық массасының қара нысандары кейбір жұлдыздардың өмірінің соңында туады. Жұлдыздың толық жануы және термоядролық реакциялардың аяқталуы жұлдыздың қысылуына әкеледі. Егер жұлдыз гравитациялық коллапсқа ұшыраса, ол қара шұңқырға айналуы мүмкін.
2. Супермассивті қара шұңқырлар. Ғалымдар кез келген галактиканың өзегі супермассивті шұңқыр болып табылады, оның қалыптасуы жаңа галактиканың пайда болуының басы болып табылады деп мәлімдейді.
3. Алғашқы қара тесіктер. Оларға әртүрлі массалардағы тесіктер, соның ішінде заттың тығыздығы мен ауырлық күшінің сәйкессіздігінен пайда болған микротесіктерді жатқызуға болады. Мұндай тесіктер Әлемнің басында пайда болған шұңқырлар. Бұған түкті қара тесік сияқты нысандар да кіреді. Бұл тесіктер шашқа ұқсас сәулелердің болуымен ерекшеленеді. Бұл фотондар мен гравитондар қара тесікке түсетін ақпараттың бір бөлігін сақтайды деп болжанады.
4. Кванттық қара тесіктер. Олар ядролық реакциялар нәтижесінде пайда болып, аз уақыт өмір сүреді. Кванттық шұңқырлар үлкен қызығушылық тудырады, өйткені оларды зерттеу қара ғарыштық объектілер мәселесі туралы сұрақтарға жауап беруге көмектеседі.
5. Кейбір ғалымдар ғарыш нысанының бұл түрін түкті қара құрдым деп анықтайды. Бұл тесіктер шашқа ұқсас сәулелердің болуымен ерекшеленеді. Бұл фотондар мен гравитондар қара тесікке түсетін ақпараттың бір бөлігін сақтайды деп болжанады.

Жерге ең жақын қара тесік

Ең жақын қара құрдым Жерден 3000 жарық жылы қашықтықта орналасқан. Ол V616 Monocerotis немесе V616 Mon деп аталады. Оның салмағы 9-13 күн массасына жетеді. Бұл тесіктің екілік серіктесі Күн массасының жартысы жұлдыз. Жерге салыстырмалы түрде жақын тағы бір шұңқыр - Cygnus X-1. Ол Жерден 6 мың жарық жылы қашықтықта орналасқан және салмағы Күннен 15 есе артық. Бұл ғарыштық қара тесіктің де өзінің екілік серіктесі бар, оның қозғалысы Cygnus X-1 әсерін бақылауға көмектеседі.

Қара тесіктер - қызықты деректер

Ғалымдар қара заттар туралы келесі қызықты фактілерді айтады:

1. Егер бұл нысандар галактикалардың орталығы екенін ескерсек, онда ең үлкен шұңқырды табу үшін ең үлкен галактиканы анықтау керек. Демек, ғаламдағы ең үлкен қара тесік - бұл Abell 2029 кластерінің ортасында IC 1101 галактикасында орналасқан шұңқыр.
2. Қара заттар шын мәнінде көп түсті заттарға ұқсайды. Мұның себебі олардың радиомагниттік сәулеленуінде жатыр.
3. Қара құрдымның ортасында тұрақты физикалық немесе математикалық заңдар жоқ. Мұның бәрі тесіктің массасына және оның гравитациялық өрісіне байланысты.
4. Қара шұңқырлар біртіндеп буланып кетеді.
5. Қара шұңқырлардың салмағы керемет өлшемдерге жетуі мүмкін. Ең үлкен қара құрдымның массасы 30 миллион күн массасына тең.

• бұрын біздің галактикада мұндай аймақтар көп болған;
• ең үлкен жұлдыз түзетін аймақтар спиральды иықтардың бойымен және галактикалық орталыққа қарай шоғырланған;
• Бүгін біз пульсарларды (нейтрондық жұлдыздардың қалдықтары) және гамма сәулелерінің көздерін көретін жерде қара тесіктер болады,

біз карта жасап, онда қара тесіктердің қайда болатынын көрсете аламыз.

СпутникНАСА Ферми Әлемнің жоғары энергияларының жоғары ажыратымдылықтағы картасын құрастырды. Карталанған галактикадағы қара тесіктер шығарындыларды аздап өзгеріп отыруы мүмкін және миллиондаған жеке көздер арқылы шешіледі.

Бұл аспандағы гамма-сәуле көздерінің Ферми картасы. Ол біздің галактиканың жұлдыз картасына ұқсайды, тек галактикалық дискіні ерекше көрсетеді. Ескі көздер гамма-сәулелері азаяды, сондықтан бұл салыстырмалы түрде жаңа нүктелік көздер.

Бұл картамен салыстырғанда қара тесік картасы келесідей болады:

• галактикалық орталықта көбірек шоғырланған;
• ені бойынша сәл бұлыңғыр;
• галактикалық дөңес кіреді;
• 100 миллион нысаннан тұрады, қате береді немесе қабылдайды.

Ферми картасының (жоғарыда) және COBE галактика картасының (төменде) гибридті құру арқылы біз галактикадағы қара тесіктердің орналасуының сандық суретін ала аламыз.

Галактика инфрақызыл сәулелерден көрінедіCOBE. Бұл карта жұлдыздарды көрсеткенімен, қара тесіктер галактикалық жазықтықта көбірек қысылған және дөңеске қарай орталықтандырылған болса да, ұқсас таралуды ұстанады.

Қара тесіктер шынайы, олар жиі кездеседі және олардың басым көпшілігін бүгінгі күні анықтау өте қиын. Ғалам өте ұзақ уақыт бойы болды және біз көптеген жұлдыздарды көрсек те, ең массивті жұлдыздардың көпшілігі - 95% немесе одан да көп - әлдеқашан өлген. Олар не болды? Олардың төрттен бір бөлігі қара тесіктерге айналды, миллиондаған адамдар әлі де жасырынып жатыр.

Массасы Күннен миллиардтаған есе үлкен қара құрдым оның ортасында рентген ағынын қоректендіредіМ87, бірақ бұл галактикада миллиардтаған басқа қара тесіктер болуы керек. Олардың тығыздығы галактикалық орталықта шоғырланған болады

Эллиптикалық галактикалар біз көріп отырған жұлдыздар сияқты галактикалық орталықтың айналасында шоғырланған эллиптикалық үйірге қара тесіктерді айналдырады. Көптеген қара тесіктер уақыт өте келе галактиканың орталығындағы гравитациялық шұңқырға ауысады - сондықтан супермассивті қара тесіктер супермассивке айналады. Бірақ біз бұл суретті әлі толық көрмейміз. Қара тесіктерді қалай тиімді бейнелеу керектігін үйренбейінше, біз оны көрмейміз.

Тікелей визуализация болмаған жағдайда, мұның бәрі ғылым бізге береді және керемет нәрсе айтады: біз бүгін көріп отырған әрбір мың жұлдыз үшін шамамен бір қара тесік бар. Толық көрінбейтін нысандардың статистикасы жаман емес, келісесіз.

Қара тесіктерден гөрі сұлулығымен таң қалдыратын ғарыштық құбылыс жоқ. Өздеріңіз білетіндей, нысан жарықты сіңіре алатын, бірақ оны көрсете алмайтындығына байланысты өз атауын алды. Үлкен ауырлық күшінің арқасында қара тесіктер өздеріне жақын орналасқан барлық заттарды – планеталарды, жұлдыздарды, ғарыш қалдықтарын сорып алады. Дегенмен, бұл қара тесіктер туралы білудің бәрі емес, өйткені олар туралы көптеген таңғажайып фактілер бар.

Қара тесіктердің қайтып оралмайтын нүктесі жоқ

Ұзақ уақыт бойы қара құрдым аймағына түсетін барлық нәрсе оның ішінде қалады деп есептелді, бірақ соңғы зерттеулердің нәтижесі, біраз уақыттан кейін қара құрдым өзінің барлық мазмұнын ғарышқа «түкіреді», бірақ басқа жағдайда. пішіні бастапқыдан өзгеше. Ғарыш объектілері үшін қайтып оралмайтын нүкте болып саналатын оқиға көкжиегі олардың уақытша баспанасы ғана болып шықты, бірақ бұл процесс өте баяу жүреді.

Жерге қара құрдым қауіп төндіреді

Күн жүйесі - қара тесіктердің үлкен санын қамтитын шексіз галактиканың бір бөлігі ғана. Жерге олардың екеуі қауіп төндіретіні белгілі болды, бірақ бақытымызға орай, олар үлкен қашықтықта орналасқан - шамамен 1600 жарық жылы. Олар екі галактиканың қосылуы нәтижесінде пайда болған галактикада ашылды.


Ғалымдар қара тесіктерді тек осы ғарыштық объектілер шығаратын рентген сәулелерін түсіруге қабілетті рентгендік телескоптың көмегімен күн жүйесінің жанында болғандықтан ғана көрді. Қара тесіктер, олар бір-біріне жақын орналасқандықтан және іс жүзінде бір-біріне біріктірілгендіктен, үнді мифологиясынан Ай құдайының құрметіне Чандра деп аталды. Ғалымдар орасан зор тартылыс күшінің арқасында Чандраның жақында болатынына сенімді.

Қара тесіктер уақыт өте келе жоғалып кетуі мүмкін

Ерте ме, кеш пе, барлық мазмұн қара тесіктен шығады және тек радиация қалады. Қара тесіктер массасын жоғалтқанда, олар уақыт өте кішірейеді, содан кейін толығымен жоғалады. Ғарыш объектісінің өлімі өте баяу, сондықтан кез келген ғалым қара құрдымның қалай азайып, содан кейін жоғалып кететінін көре алуы екіталай. Стивен Хокинг ғарыштағы тесік өте сығылған планета екенін және уақыт өте келе ол бұрмаланудың шетінен бастап буланып кететінін айтты.

Қара тесіктер міндетті түрде қара болып көрінбеуі мүмкін

Ғалымдар ғарыш объектісі жарық бөлшектерін шағылыстырусыз жұтып алатындықтан, қара құрдымның түсі жоқ, тек оның беті – оқиға көкжиегі оны береді деп мәлімдейді. Өзінің гравитациялық өрісімен ол өзінің артындағы барлық кеңістікті, соның ішінде планеталар мен жұлдыздарды жасырады. Бірақ сонымен бірге, планеталар мен жұлдыздардың спиральдағы қара тесік бетіндегі заттардың қозғалысының орасан зор жылдамдығы мен олардың арасындағы үйкеліске байланысты жұтылуына байланысты жұлдыздардан да жарқын болуы мүмкін жарқырау пайда болады. Бұл қара тесік соратын газдар, жұлдыз шаңы және басқа заттардың жиынтығы. Сондай-ақ, кейде қара тесік электромагниттік толқындар шығара алады, сондықтан көрінуі мүмкін.

Қара тесіктер кездейсоқ пайда болмайды, олар сөнген жұлдызға негізделген.

Ғарышта жұлдыздар термоядролық отынмен қамтамасыз етудің арқасында жарқырайды. Ол біткен кезде жұлдыз суыта бастайды, бірте-бірте ақ ергежейлі қара ергежейліге айналады. Салқындатылған жұлдыздың ішіндегі қысым төмендей бастайды. Гравитацияның әсерінен ғарыштық дене кішірейе бастайды. Бұл процестің салдары жұлдыз жарылғандай болып көрінеді, оның барлық бөлшектері кеңістікте шашырап кетеді, бірақ сонымен бірге тартылыс күштері әрекет етуді жалғастырып, көрші ғарыш объектілерін тартады, содан кейін олар оны жұтып, қара күшін арттырады. тесік және оның өлшемі.

Супермассивті қара тесік

Күннің өлшемінен ондаған мың есе үлкен қара құрдым Құс жолының дәл ортасында орналасқан. Ғалымдар оны Стрелец деп атады және ол Жерден қашықтықта орналасқан 26 000 жарық жылы. Галактиканың бұл аймағы өте белсенді және оған жақын орналасқан барлық нәрсені тез сіңіреді. Ол сондай-ақ сөнген жұлдыздарды жиі «түкіреді».


Бір таңғаларлығы, қара құрдымның орташа тығыздығы оның орасан зор мөлшерін ескерсек те, ауаның тығыздығына тең болуы мүмкін. Қара құрдымның радиусы ұлғайған сайын, яғни ол түсірген объектілердің саны, қара құрдымның тығыздығы кішірейеді және бұл физиканың қарапайым заңдарымен түсіндіріледі. Сонымен, ғарыштағы ең үлкен денелер шын мәнінде ауа сияқты жеңіл болуы мүмкін.

Қара құрдым жаңа ғаламдарды жасай алады

Бұл қаншалықты оғаш көрінсе де, әсіресе қара тесіктер айналасындағылардың бәрін сіңіріп, тиісінше жойып жіберетінін ескерсек, ғалымдар бұл ғарыш нысандары жаңа Әлемнің пайда болуының басталуын белгілей алады деп шындап ойлайды. Сонымен, біз білетіндей, қара тесіктер заттарды жұтып қана қоймайды, сонымен қатар оны белгілі бір кезеңдерде шығара алады. Қара тесіктен шыққан кез келген бөлшек жарылуы мүмкін және бұл жаңа Үлкен жарылыс болады және оның теориясы бойынша біздің Ғалам осылай пайда болды, сондықтан бүгінгі күні бар және Жер айналатын Күн жүйесі болуы мүмкін, халқы көп, бір кездері үлкен қара құрықтан дүниеге келген.

Қара құрдымның жанында уақыт өте баяу өтеді

Нысан қара тесікке жақындағанда, оның массасы қанша болса да, оның қозғалысы баяулай бастайды және бұл қара тесіктің өзінде уақыт баяулайды және бәрі өте баяу жүреді. Бұл қара құрдымдағы орасан зор тартылыс күшіне байланысты. Оның үстіне, қара құрдымда не болып жатқаны өте тез болады, сондықтан егер бақылаушы қара құрдымға сырттан қараса, оған ондағы барлық процестер баяу жүріп жатқандай көрінетін, бірақ егер ол оның шұңқырына түсіп кетсе. , тартылыс күштері оны әп-сәтте бөлшектеп тастайды.

Астрономиямен танысқан әрбір адам ерте ме, кеш пе, Әлемнің ең жұмбақ нысандары - қара тесіктерге деген қатты қызығушылықты бастан кешіреді. Бұл жақыннан өтіп бара жатқан кез келген атомды «жұтып» алатын және тіпті жарықтың кетуіне жол бермейтін нағыз қараңғылық иелері - олардың тартымдылығы соншалықты күшті. Бұл нысандар физиктер мен астрономдар үшін нағыз қиындық туғызады. Біріншісі қара құрдымның ішіне түскен материямен не болатынын әлі түсіне алмайды, ал екіншісі ғарыштағы энергияны көп тұтынатын құбылыстарды қара тесіктердің болуымен түсіндірсе де, олардың ешқайсысын бақылауға ешқашан мүмкіндік алған жоқ. тікелей. Біз сізге осы қызықты аспан нысандары туралы айтып береміз, құпия пердені көтеру үшін не ашылғанын және нені үйрену керек екенін білеміз.

Қара тесік дегеніміз не?

«Қара тесік» атауын (ағылшын тілінде - қара тесік) 1967 жылы американдық физик-теоретик Джон Арчибалд Уилер ұсынған (сол жақтағы суретті қараңыз). Ол аспан денесін белгілеу үшін қызмет етті, оның тартылуы соншалықты күшті, тіпті жарық өзін жібермейді. Сондықтан ол «қара», өйткені ол жарық шығармайды.

Жанама бақылаулар

Бұл құпияның себебі: қара тесіктер жарқырамайтындықтан, біз оларды тікелей көре алмаймыз және оларды қоршаған кеңістікте қалдыратын жанама дәлелдер арқылы іздеуге және зерттеуге мәжбүрміз. Басқаша айтқанда, егер қара тесік жұлдызды жұтып қойса, біз қара құрдымды көре алмаймыз, бірақ оның күшті гравитациялық өрісінің жойқын әсерін байқай аламыз.

Лапластың интуициясы

Ауырлық күшінің әсерінен өзіне-өзі құлаған жұлдыз эволюциясының гипотетикалық соңғы кезеңін білдіретін «қара тесік» тіркесі салыстырмалы түрде жақында болса да, мұндай денелердің болуы мүмкіндігі туралы идея екіден көп пайда болды. ғасырлар бұрын. Ағылшын Джон Мишель мен француз Пьер-Симон де Лаплас «көрінбейтін жұлдыздардың» болуы туралы өз алдына гипотеза жасады; сонымен бірге олар динамиканың әдеттегі заңдарына және Ньютонның бүкіләлемдік тартылыс заңына негізделген. Бүгінде қара тесіктер Эйнштейннің жалпы салыстырмалылық теориясына негізделген дұрыс сипаттамасын алды.

Лаплас «Дүние жүзінің экспозициясы» (1796) еңбегінде: «Тығыздығы Жермен бірдей, диаметрі Күннің диаметрінен 250 есе үлкен жарық жұлдыз, оның гравитациялық күші арқасында тарту, жарық сәулелерінің бізге жетуіне жол бермеу. Сондықтан ең үлкен және ең жарық аспан денелері осы себепті көрінбейтін болуы мүмкін».

Жеңілмейтін ауырлық

Лапластың идеясы қашу жылдамдығы (екінші ғарыштық жылдамдық) тұжырымдамасына негізделген. Қара құрдымның тығыздығы соншалық, оның тартылыс күші тіпті жарықты да ұстай алады, ол табиғаттағы ең жоғары жылдамдықты (300 000 км/с дерлік) дамытады. Іс жүзінде қара тесіктен қашу үшін жарық жылдамдығынан жоғары жылдамдық қажет, бірақ бұл мүмкін емес!

Бұл мұндай жұлдыз көрінбейтін болады дегенді білдіреді, өйткені жарықтың өзі оның күшті тартылыс күшін жеңе алмайды. Эйнштейн бұл фактіні гравитациялық өрістің әсерінен жарықтың иілу құбылысы арқылы түсіндірді. Шындығында, қара тесіктің жанында кеңістік-уақыт қисық болғаны сонша, жарық сәулелерінің траекториялары да өздеріне жабылады. Күнді қара тесікке айналдыру үшін біз оның барлық массасын радиусы 3 км шарға шоғырландыруымыз керек, ал Жер 9 мм радиусы бар шарға айналуы керек!

Қара тесіктердің түрлері

Шамамен он жыл бұрын бақылаулар қара тесіктердің екі түрі бар екенін көрсетті: массасы Күннің массасымен салыстырылатын немесе одан сәл асатын жұлдыз және массасы бірнеше жүз мыңнан көп миллиондаған күн массасына дейін ауытқитын супермассивті. . Алайда, салыстырмалы түрде жақында, Чандра және XMM-Ньютон сияқты жасанды жерсеріктерден алынған рентгендік суреттер мен жоғары ажыратымдылықтағы спектрлер қара тесіктің үшінші түрін - орташа массасы Күннің массасынан мыңдаған есе асып түсетінін алға тартты. .

Жұлдыздық қара тесіктер

Жұлдызды қара тесіктер басқаларға қарағанда ертерек белгілі болды. Олар үлкен массалық жұлдыз өзінің эволюциялық жолының соңында ядролық отын қорын таусылғанда және өзінің тартылыс күшінің әсерінен өзіне құлаған кезде пайда болады. Жұлдызды шайқайтын жарылыс («суперновалық жарылыс» деп аталатын құбылыс) апатты салдарға әкеледі: егер жұлдыздың ядросы Күннің массасынан 10 есе көп болса, онда ешқандай ядролық күш тартылыс күшінің бұзылуына қарсы тұра алмайды, бұл оның пайда болуына әкеледі. қара дыры.

Супермассивті қара тесіктер

Кейбір белсенді галактикалардың ядроларында алғаш рет байқалған супермассивті қара тесіктердің шығу тегі басқа. Олардың дүниеге келуіне қатысты бірнеше гипотеза бар: миллиондаған жылдар бойы айналасындағы барлық жұлдыздарды жұтып қоятын жұлдызды қара құрдым; біріктірілген қара тесіктердің шоғыры; үлкен газ бұлты тікелей қара тесікке құлады. Бұл қара тесіктер ғарыштағы ең қуатты нысандардың бірі болып табылады. Олар көптеген галактикалардың, тіпті барлық галактикалардың орталықтарында орналасқан. Біздің Галактикада да осындай қара тесік бар. Кейде мұндай қара тесіктің болуына байланысты бұл галактикалардың өзегі өте жарқырайды. Центрінде қара тесіктері бар, үлкен мөлшерде құлап жатқан заттармен қоршалған, сондықтан орасан зор энергия шығаруға қабілетті галактикалар «белсенді» деп аталады, ал олардың ядролары «белсенді галактикалық ядролар» (AGN) деп аталады. Мысалы, квазарлар (біздің бақылауымызға қол жетімді бізден ең алыс ғарыштық объектілер) - біз тек өте жарқын ядроны көретін белсенді галактикалар.

Орташа және шағын

Тағы бір жұмбақ орташа массалық қара тесіктер болып қала береді, олар соңғы зерттеулерге сәйкес, кейбір глобулярлық кластерлердің орталығында болуы мүмкін, мысалы, M13 және NCC 6388. Көптеген астрономдар бұл нысандарға күмәнмен қарайды, бірақ кейбір жаңа зерттеулер бар екенін болжайды. Қара тесіктер тіпті біздің Галактиканың орталығына жақын жерде. Ағылшын физигі Стивен Хокинг сонымен бірге төртінші типтегі қара дыры – массасы небәрі миллиард тонна болатын (шамамен үлкен таудың массасына тең) «шағын тесік» бар екендігі туралы теориялық болжам айтты. Біз бастапқы объектілер туралы айтып отырмыз, яғни Ғалам өмірінің алғашқы сәттерінде, қысым әлі де өте жоғары болған кезде пайда болғандар. Алайда олардың өмір сүруінің бірде-бір ізі әлі табылған жоқ.

Қара тесікті қалай табуға болады

Бірнеше жыл бұрын қара тесіктердің үстінен жарық пайда болды. Үнемі жетілдірілетін құралдар мен технологиялардың арқасында (жердегі де, ғарышта да) бұл нысандар барған сайын жұмбақ болып барады; дәлірек айтқанда, оларды қоршап тұрған кеңістік азырақ жұмбақ болады. Шындығында, қара құрдымның өзі көрінбейтін болғандықтан, біз оны аз ғана қашықтықта айналатын жеткілікті материямен (жұлдыздар мен ыстық газ) қоршап тұрғанда ғана тани аламыз.

Екілік жүйелерді қарау

Кейбір жұлдыздық қара тесіктер жұлдыздың екілік жүйедегі көрінбейтін серігінің айналасындағы орбиталық қозғалысын бақылау арқылы ашылды. Жақын екілік жүйелер (яғни, бір-біріне өте жақын екі жұлдыздан тұратын), олардың бірі көрінбейтін, қара тесіктерді іздейтін астрофизиктердің сүйікті бақылау объектісі болып табылады.

Қара құрдымның (немесе нейтрондық жұлдыздың) болуының көрсеткіші күрделі механизмнен туындаған рентген сәулелерінің күшті сәулеленуі болып табылады, оны схемалық түрде төмендегідей сипаттауға болады. Күшті тартылыс күші арқасында қара дыры материяны серігі жұлдызынан жұлып алады; бұл газ жалпақ дискіге таралады және қара тесікке спиральмен түседі. Құлаған газ бөлшектерінің соқтығысуы нәтижесінде пайда болатын үйкеліс дискінің ішкі қабаттарын бірнеше миллион градусқа дейін қыздырады, бұл күшті рентгендік сәулеленуді тудырады.

Рентгендік бақылаулар

Бірнеше ондаған жылдар бойы жүргізілген біздің Галактикадағы және көрші галактикалардағы объектілерді рентгендік бақылаулар ықшам екілік көздерді анықтауға мүмкіндік берді, олардың он шақтысы қара тесік кандидаттары бар жүйелер болып табылады. Негізгі мәселе - көрінбейтін аспан денесінің массасын анықтау. Массасын (өте дәл болмаса да) серіктестің қозғалысын зерттеу арқылы немесе әлдеқайда қиынырақ, құлаған материалдың рентгендік сәулеленуінің қарқындылығын өлшеу арқылы табуға болады. Бұл қарқындылық осы зат түсетін дененің массасына теңдеу арқылы байланысты.

Нобель сыйлығының лауреаты

Осыған ұқсас нәрсені көптеген галактикалардың ядроларында байқалатын аса массивті қара тесіктер туралы айтуға болады, олардың массалары қара тесікке түсетін газдың орбиталық жылдамдықтарын өлшеу арқылы бағаланады. Бұл жағдайда өте үлкен объектінің күшті гравитациялық өрісінен туындаған, галактикалар орталығында айналатын газ бұлттарының жылдамдығының жылдам өсуі радио диапазонында, сондай-ақ оптикалық сәулелерде бақылаулар арқылы анықталады. Рентген диапазонындағы бақылаулар материяның қара тесікке түсуінен туындаған энергияның жоғарылауын растай алады. Рентген сәулелерін зерттеуді 1960 жылдардың басында АҚШ-та жұмыс істеген итальяндық Риккардо Джаккони бастады. Оның 2002 жылғы Нобель сыйлығы оның «ғарыштағы рентген сәулелерінің көздерін ашуға әкелетін астрофизикаға қосқан ізашар үлесін» мойындады.

Cygnus X-1: бірінші үміткер

Біздің Галактика үміткер қара құрдым нысандарының болуынан иммунитеті жоқ. Бақытымызға орай, бұл нысандардың ешқайсысы бізге Жердің немесе Күн жүйесінің өмір сүруіне қауіп төндіретіндей жақын емес. Анықталған ықшам рентген көздерінің көптігіне қарамастан (және бұл қара тесіктерге ең ықтимал үміткерлер), біз олардың шын мәнінде қара тесіктердің бар екеніне сенімді емеспіз. Осы көздердің ішінде альтернативті нұсқасы жоқ жалғызы - Cygnus X-1 жақын екілік жүйесі, яғни Cygnus шоқжұлдызындағы рентген сәулелерінің ең жарқын көзі.

Массивті жұлдыздар

Орбиталық периоды 5,6 тәулік болатын бұл жүйе телескопта да оңай көрінетін үлкен өлшемді (диаметрі Күндікінен 20 есе, ал массасы шамамен 30 есе үлкен) өте ашық көк жұлдыздан тұрады. көрінбейтін екінші жұлдыз, оның массасы бірнеше күн массасына (10-ға дейін) бағаланады. 6500 жарық жылы қашықтықта орналасқан екінші жұлдыз, егер ол қарапайым жұлдыз болса, тамаша көрінетін еді. Оның көрінбейтіндігі, жүйе шығарған қуатты рентген сәулелері және ақырында, массалық бағалау көптеген астрономдарды бұл жұлдызды қара тесіктің алғашқы расталған ашылуы деп сендіреді.

Күмән

Дегенмен, скептиктер де бар. Олардың ішінде қара құрдымдарды зерттеуші ірі ғалымдардың бірі, физик Стивен Хокинг те бар. Ол тіпті Cygnus X-1 нысанын қара құрдымға жатқызудың қызу жақтаушысы американдық әріптесі Кил Торнмен бәс тіккен.

Cygnus X-1 нысанының сәйкестігі туралы пікірталас Хокингтің жалғыз ставкасы емес. Бірнеше тоғыз жылын қара құрдымдарды теориялық зерттеуге арнаған ол осы жұмбақ нысандар туралы бұрынғы идеяларының қателігіне көз жеткізді.Атап айтқанда, Хокинг материя қара құрдымға түскеннен кейін біржола жойылып кетеді және онымен бірге бәрі жойылады деп есептеді. оның ақпараттық багажы жоғалады. Оның бұған сенімді болғаны сонша, ол 1997 жылы американдық әріптесі Джон Прескиллмен осы тақырыпқа бәс тіккен.

Қатені мойындау

2004 жылы 21 шілдеде Дублиндегі салыстырмалылық теориясы конгресінде сөйлеген сөзінде Хокинг Прескиллдің дұрыс айтқанын мойындады. Қара тесіктер материяның толық жойылуына әкелмейді. Оның үстіне оларда белгілі бір «есте сақтау» бар. Оларда тұтынған нәрселерінің іздері болуы мүмкін. Осылайша, «булану» арқылы (яғни кванттық әсерге байланысты радиацияны баяу шығару) олар бұл ақпаратты біздің Ғаламға қайтара алады.

Галактикадағы қара тесіктер

Астрономдар біздің Галактикада жұлдызды қара тесіктердің (Cygnus X-1 екілік жүйесіне жататын сияқты) болуына әлі де күмәнданады; бірақ супермассивті қара тесіктерге күмәндану әлдеқайда аз.

Ортада

Біздің Галактикада кем дегенде бір аса массивті қара тесік бар. Оның Стрелец А* деп аталатын көзі Құс жолы жазықтығында дәл орналасқан. Оның атауы Стрелец шоқжұлдызындағы ең қуатты радио көзі екендігімен түсіндіріледі. Дәл осы бағытта біздің галактикалық жүйенің геометриялық және физикалық орталықтары орналасқан. Шамамен 26 000 жарық жылы қашықтықта орналасқан, Стрелец А* радиотолқын көзімен байланысты аса массивтік қара құрдымның массасы шамамен 4 миллион күн массасына бағаланады, оның көлемі күн жүйесінің көлемімен салыстырылатын кеңістікте орналасқан. Оның бізге салыстырмалы жақындығы (ол Жерге ең жақын супермассивті қара дыры) соңғы жылдары Чандра ғарыштық обсерваториясы тарапынан объектіні мұқият зерттегеніне әкелді. Атап айтқанда, ол рентгендік сәулеленудің қуатты көзі болып табылады (бірақ белсенді галактикалық ядролардағы көздер сияқты күшті емес). Sagittarius A* миллиондаған немесе миллиардтаған жылдар бұрын біздің Галактиканың белсенді өзегі болған нәрсенің ұйықтап жатқан қалдығы болуы мүмкін.

Екінші қара тесік?

Дегенмен, кейбір астрономдар біздің Галактикада тағы бір тосын жағдай бар деп есептейді. Біз жас жұлдыздар шоғырын біріктіріп, олардың Галактиканың ортасында орналасқан аса массивтік қара тесікке түсіп кетуіне жол бермейтін орташа массалық екінші қара тесік туралы айтып отырмыз. Қалайша одан бір жарық жылына жетпейтін қашықтықта жасы 10 миллион жылдай ғана, яғни астрономиялық стандарттар бойынша өте жас жұлдыз шоғыры болуы мүмкін? Зерттеушілердің пікірінше, жауап кластер сонда тумаған (орталық қара құрдымның айналасындағы орта жұлдыздардың пайда болуына тым жау), оның ішінде екінші қара тесіктің болуына байланысты «тартылды». орташа массасы бар.

Орбитада

Аса массивті қара құрдымға тартылған шоғырдағы жеке жұлдыздар галактикалық орталыққа қарай ығыса бастады. Дегенмен, олар ғарышқа шашырап кетудің орнына, кластердің ортасында орналасқан екінші қара тесіктің тартылыс күші арқасында бірге жиналып қалады. Бұл қара құрдымның массасын оның бүкіл жұлдыз шоғырын қарғыбаумен ұстау қабілетіне қарай бағалауға болады. Орташа өлшемдегі қара дыры орталық қара құрдымды айналып өту үшін шамамен 100 жыл қажет. Бұл көптеген жылдар бойы ұзақ мерзімді бақылаулар бізге оны «көруге» мүмкіндік береді дегенді білдіреді.

Қара құрдым ядролық реакцияға қажетті отын таусылған аса массивті жұлдыздың күйреуі нәтижесінде пайда болады. Ядро сығылған сайын ядроның температурасы артып, энергиясы 511 кВ-тан жоғары фотондар соқтығысып, электрон-позитрондық жұптарды құрайды, бұл қысымның апатты төмендеуіне және оның әсерінен жұлдыздың одан әрі ыдырауына әкеледі. меншікті ауырлық.

Астрофизик Этан Сигель әртүрлі галактикалардағы қара тесіктердің массасы туралы ақпаратты жинайтын «Белгісіз ғаламдағы ең үлкен қара тесік» мақаласын жариялады. Тек таңқаларлық: олардың ең массасы қайда?

Жұлдыздардың ең тығыз шоғырлары галактикалардың ортасында болғандықтан, қазір әрбір галактиканың ортасында көптеген басқалардың бірігуінен кейін пайда болған үлкен қара тесік бар. Мысалы, Құс жолының орталығында массасы біздің галактиканың шамамен 0,1%, яғни Күннің массасынан 4 миллион есе үлкен қара құрдым бар.

Көзге көрінбейтін дененің ауырлық күші әсер ететін жұлдыздардың траекториясын зерттеу арқылы қара құрдымның бар-жоғын анықтау өте оңай.

Бірақ Құс жолы - салыстырмалы түрде шағын галактика, оның ең үлкен қара дыры болуы мүмкін емес. Мысалы, бізден алыс емес жерде Бикеш шоғырында Messier 87 деп аталатын алып галактика бар - ол біздікінен шамамен 200 есе үлкен.

Сонымен, осы галактиканың орталығынан ұзындығы шамамен 5000 жарық жылы болатын материя ағыны атқылайды (суретте). Бұл ақылсыз аномалия, деп жазады Этан Сигель, бірақ өте жақсы көрінеді.

Ғалымдар галактиканың орталығынан мұндай «атқылауды» тек қара тесік түсіндіре алады деп есептейді. Есептеулер көрсеткендей, бұл қара құрдымның массасы Құс жолындағы қара құрдымның массасынан шамамен 1500 есе артық, яғни шамамен 6,6 миллиард күн массасы.

Бірақ ғаламдағы ең үлкен қара тесік қай жерде? Әрбір дерлік галактиканың орталығында массасы галактиканың массасының 0,1% болатын мұндай нысан бар деп болжасақ, онда ең массивті галактиканы табу керек. Бұл сұраққа ғалымдар да жауап бере алады.

Бізге белгілі ең массивті галактика - Abell 2029 кластерінің орталығындағы IC 1101, ол Құс жолынан Бикеш шоғырынан 20 есе алыс.

IC 1101-де орталықтан ең алыс шетке дейінгі қашықтық шамамен 2 миллион жарық жылын құрайды. Оның көлемі Құс жолынан ең жақын Андромеда галактикасына дейінгі қашықтықтан екі есе үлкен. Массасы бүкіл Бикеш кластерінің массасына тең!

Егер IC 1101 орталығында қара тесік болса (және болуы керек), онда ол белгілі Әлемдегі ең массасы болуы мүмкін.

Этан Сигель қателесуі мүмкін дейді. Себебі, бірегей галактика NGC 1277. Бұл өте үлкен галактика емес, біздікінен сәл кіші. Бірақ оның айналуын талдау керемет нәтиже көрсетті: орталықтағы қара құрдым 17 миллиард күн массасын құрайды және бұл галактиканың жалпы массасының 17% құрайды. Бұл қара құрдым массасының галактика массасына қатынасы бойынша рекордтық көрсеткіш.

Әлемдегі ең үлкен қара құрдым рөліне тағы бір үміткер бар. Ол келесі фотода көрсетілген.

OJ 287 оғаш нысаны блазар деп аталады. Блазарлар галактикадан тыс объектілердің ерекше класы, квазарлардың бір түрі. Олар OJ 287-де 11-12 жыл циклімен (қос шыңымен) өзгеретін өте күшті шығарындыларымен ерекшеленеді.

Астрофизиктердің айтуы бойынша, OJ 287 құрамында басқа кішірек қара тесік орбитада өтетін супермассивті орталық қара тесік бар. 18 миллиард күн массасы бар орталық қара құрдым бүгінгі күнге дейін белгілі болған ең үлкені болып табылады.

Бұл қара тесік жұбы жалпы салыстырмалылық теориясын, атап айтқанда Жалпы салыстырмалылықта сипатталған кеңістік-уақыттың деформациясын сынау үшін ең жақсы эксперименттердің бірі болады.

Релятивистік әсерлерге байланысты қара құрдымның перигелионы, яғни оның орталық қара құрдымға жақын орбитасының нүктесі бір айналымда 39°-қа ығысуы керек! Салыстыру үшін, Меркурийдің перигелионы бір ғасырда небәрі 43 доға секундына ығысқан.