შავი ხვრელი

შავი ხვრელი — არე სივრცეში, რომელშიც გრავიტაციული ველი იმდენად ძლიერია, რომ არაფერს, სინათლესაც კი, არ ძალუძს მისი მიზიდულობისგან თავის დაღწევა მისი მოქმედების არეალში მოხვედრისას. შავი ხვრელი სავარაუდოდ წარმოიქმნება მაშინ, როდესაც გიგანტური ვარსკვლავი ამოწურავს მთელ თავის ენერგიას და კვდომას იწყებს.
ყველაზე გავრცელებული ჰიპოთეზის თანახმად, იგი საკუთარი მიზიდულობის ძალის ზემოქმედებით იწყებს შეკუმშვას და როდესაც მიაღწევს შეკუმშვის პიკს, ხდება რაღაც აფეთქებისმაგვარი მოვლენა, რის შემდეგაც ეს ვარსკვლავი ჩაქრება, ხოლო მისი გრავიტაცია იმ ზომამდე გაიზრდება, რომ იგი დაიწყებს ყველაფრის შესრუტვას — სინათლის ჩათვლით. სწორედ ამ თვისებიდან გამომდინარეობს ამ ობიექტის სახელი — „შავი ხვრელი“, ანუ სხეული, რომელსაც სინათლეც კი ვერ უსხლტება და უხილავი ხდება.
არსებობს მრავალი კოსმოსური ობიექტი, რომლის დანახვაც ადამიანის თვალით შეიძლება — ვარსკვლავები, ნისლეულები, პლანეტები. მაგრამ სამყაროს უმეტესი ნაწილი უხილავია, მათ შორის უხილავია „შავი ხვრელებიც“.
თავად ტერმინი „შავი ხვრელი“ პირველად ამერიკელმა ფიზიკოსმა ჯონ უილერმა 1967 წელს, ნიუ-იორკში, კოლუმბიის უნივერსიტეტში გამოსვლის დროს გამოიყენა.
ჰიპოთეზის წარმოშობა
პირველად ამგვარი ობიექტების არსებობა იწინასწარმეტყველა ფრანგმა მეცნიერმა (მათემატიკოსმა) პიერ ლაპლასმა 1796 წელს. მან აღნიშნა, რომ ნიუტონის მსოფლიო მიზიდულობის კანონის შესაბამისად, ციური სხეული საკმარისად ძლიერი მიზიდულობის ძალით არ მისცემდა საშუალებას არაფერს, სინათლესაც კი, რომ მას გასხლტომოდა, ამიტომაც ის უნდა გამხდარიყო აბსოლუტურად უხილავი, ანუ „შავი ხვრელი“.
1939 წელს მეცნიერთა ჯგუფმა რობერტ ოპენჰაიმერის (იგი შემდგომში ატომური ბომბის მამა გახდა) მეთაურობით დაამტკიცა, რომ ანალოგიური დასკვნა შეგვეძლო გამოგვეტანა ა. აინშტაინის ფარდობითობის თეორიიდანაც.
ალბერტ აინშტაინი ფიქრობდა რომ ენერგიასა და მატერიას შორის უნდა ყოფილიყო კავშირი და ამიტომ მან ჩამოაყალიბა ფარდობითობის თეორია
დაკვირვებები
XX საუკუნის შუა ხანებამდე თვლიდნენ, რომ რადგანაც „შავი ხვრელები“ უხილავი იყო, მათი აღმოჩენა შეუძლებელი იყო, მაგრამ 1968 წელს რადიოასტრონომებმა კემბრიჯიდან აღმოაჩინეს ნეიტრონული ვარსკვლავები, რომლებიც წარმოადგენდნენ ციურ სხეულებს მატერიის ისეთი დიდი კონცენტრაციით, რომ ასეთი ვარსკვლავის ნივთიერების ლობიოს მარცვლისხელა ნატეხის წონა 1 მლნ ტონას მიაღწევდა. არსებობს მოსაზრება, რომ „შავი ხვრელებიც“ და ნეიტრონული ვარსკვლავებიც ერთნაირი გზით წარმოიქმნენ — დიდი ვარსკვლავების სიკვდილის შედეგად.
ვარსკვლავებს, ადამიანების მსგავსად, აქვს საკუთარი სიცოცხლის ციკლი. მეცნიერებმა დაამტკიცეს, რომ მნათობი, რომელიც ჩვენს მზეს მასით ათეულობით და ზოგჯერ ასეულობითაც კი აჭარბებს (მზის მასა კი დედამიწისაზე 333 ათასჯერ დიდია), თავისი არსებობის ბოლო სტადიაში, მანამ, სანამ ის საბოლოოდ ჩაქრება, მოკლე დროით გადაიქცევა ზეახალ ვარსკვლავად: ის ფეთქდება და გარშემო ყრის სხვადასხვა ნივთიერებათა ნატეხებს. ერთი დღის განმავლობაში ზეახალი ვარსკვლავი გამოასხივებს იმდენ ენერგიას, რამდენსაც გამოასხივებდა მზე 1 მლრდ წლის განმავლობაში, ხოლო მისი გარსის ნივთიერება სივრცეში უზარმაზარი სიჩქარით — 10 000 კმ/წმ განიბნევა. ის, რაც აფეთქების შემდეგ რჩება, შეიძლება შეიკუმშოს თავისივე მიზიდულობის ძალის ზემოქმედებით და გარდაიქმნეს ნეიტრონულ ვარსკვლავად. მაგრამ თუ აფეთქების ნარჩენი საკმაოდ დიდია, და როგორც მინიმუმი სამჯერ აღემატება ჩვენი მზის მასას, მაშინ შეკუმშვა შეიძლება იმდენად ძლიერი აღმოჩნდეს, რომ ყოფილი ვარსკვლავი „შავ ხვრელად“ გადაიქცეს.
მეცნიერთა მოსაზრებით მხოლოდ ჩვენს გალაქტიკაში 100 მლნ-ზე მეტი შავი ხვრელია და თითოეული მათგანი შორეულ წარსულში აფეთქებული გიგანტური ვარსკვლავის ნარჩენს წარმოადგენს. ამ „შავი ხვრელების“ მასა კოლოსალური, მზისაზე ბევრჯერ დიდი უნდა იყოს, რადგან ის ისრუტავს ყველაფერს, რაც კი მის გვერდით მოხვდება — ვარსკვლავთშორის აირებსაც და ნებისმიერ სხვა კოსმიურ ნივთიერებასა თუ სხეულს.
ასტრონომები თვლიან, რომ სამყაროს მასის უმეტესი ნაწილი სწორედ „შავ ხვრელებში“ იმალება. მათ არსებობას მხოლოდ რენტგენული გამოსხივება ადასტურებს, რომლებიც კოსმოსის ზოგიერთ ადგილებში შეინიშნება, იქ, სადაც არც ოპტიკური და არც რადიოტელესკოპით არაფრის დანახვა არ შეიძლება.
მაგრამ თუ „შავი ხვრელები“ უხილავია, როგორ შეიძლება მათი აღმოჩენა? პროფესორ სტივენ ჰოუკინგს, XX საუკუნის 60-იანი წლების ბოლოს ერთი იდეა დაებადა. „შავი ხვრელები“, მისი აზრით, არც ისე შავია. გარკვეულ პირობებში ისინი გარემომცველ სივრცეში უნდა უშვებდნენ ნაწილაკებს. მათი გამოშვებით „შავი ხვრელები“ თანდათან კარგავენ თავიანთ ენერგიას და ზომაში შემცირებისას შეიძლება აფეთქდნენ კიდეც. ამ მოვლენას „ჰოუკინგის რადიაციას“ უწოდებენ და ასტროფიზიკოსების აზრით მისი ექსპერიმენტულად დაფიქსირება შესაძლებელია. 1971 წელს თანამგზავრის დახმარებით გედის თანავარსკვლავედში აღმოჩენილ იქნა რენტგენული გამოსხივების წყარო, რომლის გარშემო თავის ორბიტაზე უდიდესი ცისფერი ვარსკვლავი ბრუნავდა. არაფერი განსაკუთრებული ამ ორმაგ ვარსკვლავში არ იყო, გარდა ერთისა — მათი გამოსხივება ძალზე დიდი იყო — იგი 10-ჯერ აჭარბებდა მზისას. მაშინ რა იყო ეს? შავი ხვრელი? ე. ი. შავი ხვრელებიც შეიძლება წარმოადგენდნენ ორმაგი სისტემის ნაწილს — ისინიც შეიძლება იყვნენ ჩვეულებრივი ვარსკვლავების „თანამგზავრები“.
ამ აღმოჩენას ბევრი სხვა აღმოჩენაც მოყვა. დამკვირვებლებმა ყურადღება მიაქციეს იმას, რომ გალაქტიკა M87-ში ძალიან გაიზარდა ცენტრისკენ მდებარე ვარსკვლავების სიკაშკაშე. ამ წერტილს დაუმიზნეს ორბიტალური ტელესკოპი „ჰაბლი“. მიღებულ სურათებზე მეცნიერებმა დაინახეს რაღაც, რომელიც ნიჟარის ხვრელში ჩამავალი საპნიანი წყლის პატარა მორევს ჰგავდა. ოღონდ ცის მორევში წყლის მაგივრად ვარსკვლავთშორისი აირები ტრიალებდა.
ტელესკოპის სპექტროგრაფმა გაზომა მორევის ტრიალის სიჩქარე. ის განმაცვიფრებელი იყო — 1 920 000 კმ/სთ. ამ მონაცემის მიხედვით ასტრონომებმა თავისუფლად გამოთვალეს შავი ხვრელის მიზიდულობის ძალაც და მასაც. აღმოჩნდა, რომ მისი მასა უდრიდა 3 მილიარდ ერთად აღებული მზის მასას!
ტელესკოპ „ჰაბლისა“ და სხვა ორი ძლიერი ტელესკოპის (ჰავაის კუნძულებზე) დახმარებით მოხდა შემდეგი აღმოჩენები: ყველა გალაქტიკას, მათ შორის ჩვენს „ირმის ნახტომსაც“, აქვს თავისი შავი ხვრელი. იგი მის ცენტრში მდებარეობს და მისი მასა თვით გალაქტიკის მასის პროპორციულია.
ამათ გარდა მეცნიერებმა დაადგინეს, რომ არსებობს მკაფიო საზღვარი, რომელიც გარშემო აკრავს შავ ხვრელს. სივრცეში მფრინავი სხეული შეიძლება მოხვდეს ამ საზღვარს მიღმა, ასეთ შემთხვევაში მას უკან ვერავინ და ვერაფერი დააბრუნებს — იგი საბოლოოდ შავი ხვრელის მსხვერპლი გახდება. ამ საზღვარს „მოვლენების ჰორიზონტს“ უწოდებენ, ალბათ იმიტომ, რომ მის, ისევე როგორც ნამდვილი ჰორიზონტის მიღმა არანაირი მოვლენის დაფიქსირება არ შეიძლება.
დღეს მეცნიერებისთვის ცნობილია, რომ არსებობს, როგორც მინიმუმ, ორი სახის შავი ხვრელები — ვარსკვლავური და გალაქტიკური. ვარსკვლავური შედარებით პატარაა; ასეთი ხვრელი წარმოიქმნება მას შემდეგ, რაც ვარსკვლავი, ჩვენს მზეზე დაახლოებით 50-ჯერ დიდი, ამოწურავს თავის საწვავს, გადააგდებს თავის გარსს და შეიკუმშება დაახლოებით 15-20 კმ დიამეტრის მქონე სფეროდ. გალაქტიკური შავი ხვრელები მილიარდობით უფრო დიდია, ვიდრე ჩვენი მზე. ის გალაქტიკის ცენტრში იმალება და სამყაროს თითქმის მთელი ისტორიის თვითმხილველია.
დღეისათვის აღმოჩენილია 11 გალაქტიკური შავი ხვრელი, რომელთა მასაც ჩვენი მზის მასის 2 მლნ-დან 1 მლრდ-მდე მერყეობს.
ფანტასტები და ზოგიერთი თეორეტიკოსები თვლიან, რომ „შავი ხვრელიდან“ შეიძლება სხვა განზომილებაში გადასვლა, სადაც შინაგანი ხდება გარეგანი, პირდაპირი — ირიბი და ა. შ. ზოგის აზრით, კი „შავი ხვრელებით“ დროში მოგზაურობაც კი შეიძლება.
მეცნიერები დღეს უკვე ფიქრობენ, თუ როგორ გამოიყენონ „შავი ხვრელების“ უზარმაზარი გრავიტაციული შესაძლებლობები კაცობრიობის სასარგებლოდ, მაგრამ მათი იდეები ჯერჯერობით მხოლოდ ახალი ფანტასტიკური ფილმის სცენარად თუ გამოდგება.
საინტერესო ფაქტები
გალაქტიკა ირმის ნახტომის ცენტრში მდებარე შავი ხვრელი მზეზე 4.3 მილიონჯერ მძიმეა, ხოლო მეზობელ — ანდრომედას გალაქტიკაში არსებული შავი ხვრელის მასა 100 მილიონჯერ აღემატება მზის მასას.
რესურსები ინტერნეტში
ფილმი შავი ხვრელის კანდიდატზე მაქს პლანკის ინსტიტუტის ვებგვერდზე.
სქოლიო
ასტრონომია