Apie vėjus galvoje

Šiandien vyko mūsų tyrimų grupės kassavaitinis susirinkimas-pasitarimas. Paprastai per jį vis kuris nors darbuotojas ar studentas pristato savo darbą ir mes jį aptarinėjame, kritikuojame, klausinėjame ir t.t. Tai tikrai geras procesas – gauni patarimų, sužinai, kuo aplinkiniai užsiiminėja ir šiaip gykai yra priverčiami pabendrauti. Tai va šiandien į susirinkimą atėjęs mano darbo vadovas paklausė, gal norėčiau pristatyti tai, apie ką jam vakar sakiau ir šiaip kuo užsiiminėju. Teko ekspromtu maždaug valandą aiškinti apie tai, ką suprantu kol kas tik apytikriai, grupei žmonių, iš kurių nemaža dalis apie tai suvokia gerokai daugiau. Oh joy. Bet ta proga galiu apie tai papasakoti ir jums, mieli skaitytojai, ir tikrai ne dėl to, kad jūs suprantate turbūt mažiau už mane.

Prieš kelias savaites pasirodė straipsnis apie naujus (ir senus) Galaktikos centro stebėjimus bei jų interpretaciją. Vienas įdomus objektas, matomas tame dangaus regione, yra didelis dujų „burbulas“ – didelė „plonasienė“ sfera, nusidriekusi į šiaurės vakarus (turimos omeny galaktinės koordinatės) nuo centrinės juodosios skylės, vadinamos SgrA*. Žemiau pateikiu infraraudonųjų spindulių diapazone padarytą nuotrauką, sferos dalis matoma į viršų ir į dešinę nuo SgrA*, į ant viršaus užpaišytas baltas linijas dėmėsio kreipti nebūtina.

Iš stebėjimų duomenų daroma išvada, jog burbulas beveik neabejotinai yra būtent palei tą juodąją skylę. Taip pat žinoma, kad jo skersmuo yra apie 130 parsekų (vienas parsekas lygus 3,26 šviesmečio arba apie 30 trilijonų kilometrų); panašus ir atstumas nuo burbulo centro iki juodosios skylės. Burbulas dar ir plečiasi, nors tikslus greitis nežinomas: viename šaltinyje tas greitis įvardintas 10 km/s, o kitame – ne 300 km/s. Pamačius tokį tikrai neįprastą reiškinį, kyla natūralus klausimas: iš kur tas burbulas atsirado? Jei jį kažkaip sukūrė SgrA* aktyvumas, tai kodėl burbulas nusidriekęs tik į vieną šoną nuo jos, o ne į visas puses? O jei burbulas atsirado dėl kitų priežasčių, tai kokios gali būti tos priežastys ir kodėl nematyti jokio kito tų priežasčių rezultato? Minėtame straipsnyje autorius daro išvadą, jog burbulo šaltinis greičiausiai yra sunkių žvaigždžių spiečius, kadaise egzistavęs netoli SgrA* ir, žvaigždėms prarandant masę bei sprogstant supernovomis, „išpūtęs“ didelį dujų bei dulkių kiekį. Bet viena tokia išvada tikrai nereiškia, kad negalima patyrinėti ir alternatyvių variantų, tuo labiau, kad ji greičiausiai nėra teisinga.

Kodėl gi toji išvada neteisinga? Visų pirma, panašaus žvaigždžių spiečiaus niekur nematyti. Aišku, gali būti, kad jis tiesiog išnyko, visos žvaigždės numirė arba išsilakstė kuri sau. Bet tai nėra labai tikėtina, turint omeny, kad burbulas turėjo atsirasti ne seniau kaip prieš kokius penketą milijonų metų (per ilgesnį laiką būtų išnykusi jo apskrita forma), o tiek laiko tikrai nepakanka sudarkyti spiečių. Antra, žymiai svarbesnė, priežastis yra ta, kad energija, reikalinga išstumti burbule esantį dujų kiekį (keletą šimtų tūkstančių saulės masių) taip toli nuo kažkokio centro, yra lygi keleto šimtų supernovų energijai, o su žvaigždžių vėjų energija išvis nepalyginama. Be to, paties masyvaus spiečiaus masė būtų panaši į išmatuotąją burbulo masę, o situacija, kad visas spiečius taptų dujomis ir išsiplėstų tokiu burbulu – labai neįtikėtina.

Bet užteks neigimo, tuo labiau, kad visa tai labiau sugalvojo mano vadovas, o ne aš. Taigi, kita galimybė tam burbului atsirasti yra kažkoks centrinės juodosios skylės aktyvumo periodas. Supermasyvios juodosios skylės tokios jau yra, kad kartais ima „valgyti“ daug materijos ir spinduliuoti daug energijos, o kartais nurimsta ir nublanksta. Pirmuoju atveju jos vadinamos „aktyviomis“ ir tokioje būklėje, kaip manoma, iš viso praleidžia apie 10 procentų savo gyvenimo. Aktyvumą sukelia elementari priežastis – juodajai skylei atsiranda „maisto“, dažniausiai dujų. Dujos kažkokiu būdu – kol kas nėra visiškai tiksliai žinoma, kaip – atkeliauja arti juodosios skylės, kur yra „pagaunamos“ ir ima kristi ant pačios skylės, o krisdamos praranda dalį energijos ir ją išspinduliuoja. Toji spinduliuotė sukuria tam tikrą slėgį ir tokiu būdu „spaudžia“ dar neįkritusias dujas. Dėl šito spaudimo dalis dujų išsivaduoja iš juodosios skylės įtakos ir išlekia tolyn nuo jos. Būtent tokios „pabėgusios“ dujos ir gali suformuoti burbulus, galbūt kažkuo panašius į tą matomąjį mūsų Galaktikos centre. Tačiau paprastai dujos juodosios skylės link turėtų kristi daugmaž tolygiai iš visų pusių, tad ir išstumiamos turėtų būti visomis kryptimis panašiai. Aplink juodąją skylę susiformuojantis dujų ir dulkių diskas (vadinamasis akrecinis diskas; pats materijos kritimo procesas vadinasi akrecija) gali pakeisti dujų išstūmimo kryptį – disko plokštuma sulaiko didelę spinduliuotės dalį, todėl dujos gerokai labiau išstumiamos kryptimis, statmenomis tai plokštumai. Bet tokios kryptys yra dvi – jas sąlyginai galima būtų pavadinti disko šiauriniu ir pietiniu poliais – tad jei situacija tokia, tai kodėl Galaktikos centre nematome į pietryčius nusidriekusio burbulo? Vienas galimas paaiškinimas būtų toks, kad ten burbulas kažkada buvo, bet dabar jau išnyko dėl sąveikos su aplinkine materija. Kitas galimas paaiškinimas – kad to burbulo dar nematyti, nes ta kryptimi aplinkinė materija yra tankesnė, dėl to burbulas į ją plečiasi gerokai lėčiau. Dar gali būti, jog tarp pietrytinio burbulo ir mūsų yra daugiau dulkių ir dujų debesų, kurie užstoja vaizdą, dėl to tiesiog negalime jo pamatyti. Turbūt yra ir daugiau galimų paaiškinimų, bet jų dar nesugalvojau.

Tai galų gale, ką aš ten tokio padariau? Vienas mano nedidelis darbelis – gana grubiai įvertinau, kiek laiko galėjo trukti SgrA* aktyvumo periodas, sukūręs tą burbulą, ir prieš kiek laiko tai galėjo įvykti. Skaičiai galbūt jums ir nėra įdomus, bet labai labai grubiai tariant, aktyvumo periodas turėjo trukti ne ilgiau nei pusę milijono metų, kas yra labai neilgas laiko tarpas, kalbant apie Galaktikos evoliuciją. O įvyko jis greičiausiai per pastaruosius porą milijonų metų, nors galbūt ir truputėlį seniau – pavyzdžiui, prieš penketą ar šešetą milijonų. O yra žinoma, kad prieš maždaug šešetą milijonų metų Galaktikos centre aktyviai formavosi žvaigždės – būtent tokio amžiaus žvaigždžių ten randama netikėtai daug. Ar burbulas – šio periodo liekana? O gal tai tik klaida skaičiavimuose bei didelis noras susieti šituos du dalykus? Kol kas atsakyti negaliu, tad laukite tęsinio.

Bet „pridirbau“ ir kitą smulkmeną. Dar vienas paaiškinimas, kodėl burbulas gali būti matomas tik vienoje pusėje, man į galvą šovė perskaičius apie Galaktikos centre aptiktas labai karštas dujas, kurių ten kaip ir neturėtų būti. Vėliau paaiškėjo, kad tos dujos iš tikro yra ne dujos, o anksčiau nenustatyti žvaigždžių telkiniai, esantys už Galaktikos centro, bet idėja vis tiek gali pasiteisinti. Kaip minėjau, nėra tiksliai žinoma, kokiais būdais dujos patenka labai arti juodosios skylės. Tačiau beveik neabejojama, kad į galaktikas jos patenka iš tarpgalaktinės erdvės galaktikų susiliejimų metu. Taigi įsivaizduokime nemažą dujų kiekį, lekiantį SgrA* link. Tų dujų greitis gali siekti net keletą šimtų kilometrų per sekundę. Taip greit lėkdamos, dujos beveik nesąveikauja su pakeliui pasitaikančiomis žvaigždėmis ar net jų spiečiais, bet supermasyvi juodoji skylė jas paveikia smarkiai. Dalis dujų krenta beveik tiesiai į SgrA*, o kita dalis pralekia pro šalį, bet yra pritraukiama ir ima kristi iš kitos pusės. Šitos „apsisukusios“ dujos krenta gerokai lėčiau, nei lekiančios tiesiai, todėl toje pusėje jos smarkiai sutankėja. Materijai pradėjus spinduliuoti, susidaręs slėgis daug lengviau pakelia išretėjusias tiesiai krentančias dujas, o ne tankias „apsisukusiąsias“. Taigi ima formuotis „burbulas“, ir tik vienoje pusėje. Atsakymas į klausimą rastas?

Dar nebūtinai. Pabandžiau šitokį procesą pamodeliuoti kompiuteriu. Kol kas aukščiau aprašytą efektą pavyksta pakartoti kokybiškai, bet ne kiekybiškai – t.y. burbulas atsiranda, bet žymiai mažesnis, arba norint jį sukurti tenka dirbtinai sustiprinti iš juodosios skylės prieigų sklindančią spinduliuotę. Bet tai nereiškia, kad viskas prarasta – turiu vilties, jog iš šitos minties atsiras kažkas, kas bus verta daugiau dėmesio.

Tai tiek šiam kartui. Tikiuosi, kažką supratote. Ateityje parašysiu kiek plačiau apie juodųjų skylių augimą, šiaip akreciją ir M-sigma sąryšį tarp juodosios skylės masės ir galaktikos dujų greičių sklaidos.

Laiqualasse

Leave a Reply

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *