Жұлдыздар - бұл керемет массасы бар денелер. Дегенмен, олар өмірінің соңында одан да массивті бола алады. Дәл осы кезде олар жарық шығарудан жұтуға, болжамды және жұмбақ нысандарға, қара тесіктерге айнала алады. Бұл біз білетін физикаға қиындық тудырады және ғарышты бақылаудан шығарған көптеген «ережелерге» қайшы келетін сияқты. Олар туралы не білеміз?
Қара тесік дегеніміз не?
1783 жылы ағылшын геологы және діни қызметкері Джон Мишелл Корольдік қоғамға хат жолдап, гипотетикалық денені сипаттайтыны соншалық, тіпті одан жарық қашып құтыла алмайды. Ол кезде Ньютонның гравитация теориясы мен қашу жылдамдығы туралы түсінік белгілі болды. Мишельдің есептеулері сәл қысқа болғанымен, тұжырымдама дұрыс болды. Әрине, ол кезде оларды «қара тесіктер» деп атаған жоқ. Бұл атау 20 ғасырда физик Джон Арчибалд Уилер ұсынған. Қара құрдым - массасы және көлемі соншалықты тығыз дене, ол өзінің өлшеусіз тартылыс күшімен бәрін тартады. Оның тартымдылығы сонша, тіпті жарық та қашып құтыла алмайды. Оны түсіндірудің тағы бір жолы, ол айналасындағы кеңістікті ол тудыратын гравитациялық шұңқырға «түскен» фотондар шыға алмайтындай етіп бұрады.
1783 жылы ағылшын геологы және діни қызметкері Джон Мишелл Корольдік қоғамға хат жолдап, гипотетикалық денені сипаттайтыны соншалық, тіпті одан жарық қашып құтыла алмайды. Біз қара құрдымға жақындап келе жатырмыз деп елестетейік. Оның ауырлық күші басқа ұқсас денелерге, мысалы, жұлдыздарға қарағанда «қаттырақ тартылмайды». Алайда қашықтықты қысқартқан сайын бұл күш басым түрде артады. Оқиға көкжиегі деп аталатын нүкте бар. Осы сәттен бастап тартылыс күшінен құтылу үшін жарық жылдамдығынан үлкен жылдамдық қажет. Сондықтан бұл көкжиектен тартымдылықтан құтылу «мүмкін емес». Ал одан әрі не бар? Шындығында, біз өте аз білеміз.
Оқиғалар көкжиегі сингулярлық деп аталады, өйткені ол бір нүктеде, теориялық 0 көлеміндегі барлық массаны қамтиды. Бірақ бұл «мүмкін емес», өйткені ол физика туралы білетінімізбен бұзылады. Шындығында, оқиға көкжиегінен тыс жатқан нәрсе тек болжамның жемісі. Біз шұңқырдың «ішінде» не болып жатқанын білмейміз, дөрекі түрде және үлкен дәрежеде, бұл біз оларды жақсы түсінбегендіктен.
Оқиға көкжиегі деп аталатын нүкте бар. Осы сәттен бастап тартылыс күшінен құтылу үшін жарық жылдамдығынан үлкен жылдамдық қажет. Сондықтан бұл көкжиектен тартымдылықтан құтылу «мүмкін емес».
Қара тесікті қалай жасауға болады?
Біздің Күн, мысалы, салыстырмалы түрде орташа жұлдыз немесе оған қалай қарауға байланысты кішкентай және оның салмағы екіден 30 келіге дейін жетеді. Бұл керемет сома. Біз білетініміздей, массасы неғұрлым көп болса, соғұрлым ауырлық күші пайда болады. Сонымен, біздің орталық жұлдыз бүкіл күн жүйесінің айналасында айналуын ұстап тұруға қабілетті тартылыс күшін тудырады. Бұл күш күннің бүкіл массасын өзіне тартуға жеткілікті емес пе? Егер ол соншалықты үлкен болса, неге ол өздігінен құлап кетпейді? Оның ішінде орын алатын алып реакциялар, жұлдыздардың ядролық синтезінің нәтижесі, күннің өзіне «батып кетуіне» жол бермейтін титандық күштерді тудырады. Бірақ мұндай күштер болмаса, не болар еді?
Бұл көптеген жұлдыздардың өмірінің соңында болады. Жұлдыздар әртүрлі жолмен өлуі мүмкін. Кейбіреулер өте күшті, жарылғыш және қорқынышты суперноваларды тудырады. Басқалары бірте-бірте жоғалады. Осы жағдайлардың бірнешеуінде, әсіресе жұлдыз өте үлкен болған кезде, қалған материал оның ауырлық күшіне түсіп, тығызырақ және тығызырақ болып, аз көлемді алады. Бұл жағдайларда жарылған супернованың қалдықтарымен немесе жеткілікті суыған жұлдызмен материал тым суық болады және жұлдызға сыртқы күш әсер ететін синтез болмайды. Осылайша, ауырлық күші артып, ұлғайып, «тесік» кішірейе түседі. Бір кезде қара тесік пайда болады.
Олар қара, бірақ мүлдем емес
Қара құрдымның аты анық: жарықты сыртқа шығармайтын қараңғы нүкте. Дегенмен, саңылаулардың оқиға көкжиегіндегі кванттық әсерлерді қарастыру көрнекті Стивен Хокингті тесік сәуле шығаруы мүмкін физикалық процесті ашуға әкелді. Кванттық механиканың белгісіздік принципіне сәйкес оқиға горизонтында қысқа уақытқа созылатын бөлшек-антибөлшек жұптарының пайда болу мүмкіндігі бар. Содан кейін бөлшектердің бірі саңылауға қайтымсыз түсіп, екіншісі қашып кетеді. Бұл процесс қатаң түрде қара тесіктен тыс қалыптасады, сондықтан ол ешқандай материалдық бөлшек ішкі бөліктен шыға алмайды дегенге қайшы келмейді. Дегенмен, оның айналасындағы қара тесіктің таза энергия тасымалдау әсері бар. Бұл құбылыс Хокинг сәулеленуі ретінде белгілі және оның өндірісі ешқандай физикалық принципті бұзбайды.
Соңғы жылдардағы техникалық жетістіктердің арқасында біз көрші галактикадағы M87 шұңқырын өз көзімізбен көріп, біздің заманымыздың ең әсерлі ғылыми кезеңдерінің біріне жеттік. Екінші жағынан, 2008 жылы Алан Маршер плазманың коллимацияланған ағындары олардың шетіне жақын орналасқан магниттік өрістерден басталатын қара тесіктердің жанында қалай өндірілетінін сипаттайтын мақаланы жариялады. Тағы да, қатаң түрде айтқанда, ол «қара құрдымның ішінде» болмайды, сондықтан ол біз басынан бастап белгілеген тұжырымдамаға сәйкес келеді.
Ол сондай-ақ басқа сұраққа мүмкіндік береді: құбылыстың осы түрін бақылаңыз және анықтаңыз. Мұның бәрін сіңіру арқылы, сіз күткендей, қара тесіктерді «көру» мүмкін емес. Соңғы уақытқа дейін біз олардың жанама анықтау екенін білдік. Соңғы жылдардағы техникалық жетістіктердің арқасында біз көрші галактикадағы M87 шұңқырын өз көзімізбен көріп, біздің заманымыздың ең әсерлі ғылыми кезеңдерінің біріне жеттік.
