Du požiūriai į juodąsias skyles

Turbūt nesuklysiu pasakęs, kad juodosios skylės yra viena iš įdomiausių astronomijos sričių plačiajai visuomenei. Bent jau žiniasklaidai – tikrai. Nebandžiau skaičiuoti, bet manau, kad dažniausios astronominių pranešimų žiniasklaidoje temos yra „kas nors apie egzoplanetas“ ir „kas nors apie juodąsias skyles“. Žvaigždės, galaktikos, kartais net Saulės sistemos pakraščiai nublanksta prieš šituos paslaptingus ir bauginančius objektus. Bauginančius? Deja, taip daug kas galvoja. Beveik visuose savo populiariuose pranešimuose stengiuosi paneigti šitą mitą, aiškindamas, kad juodosios skylės nėra kosminiai siurbliai, bet, aišku, norint pakeisti visuomenės nuomonę, darbo įdėti reikia žymiai daugiau.

Bet šįkart pakalbėti noriu ne apie menamus juodųjų skylių pavojus. Parašysiu apie tai, kad į juodąsias skyles galima žiūrėti dvejopai – iš realiatyvistinės ir iš astronominės pusės. Ir paaiškinsiu, kodėl man, kaip astronomui, nelabai rūpi vis pasirodančios diskusijos apie galimą juodųjų skylių neegzistavimą.

Kokie tie du požiūriai? Juk juodosios skylės yra tokie paprasti objektai – juos visiškai aprašo tik masė, judesio kiekio momentas (nusakantis sukimąsi aplink savo ašį) ir elektrinis krūvis. Kur čia yra vietos skirtingiems požiūriams? Ogi požiūriai skiriasi tuo, kiek svarbi juodųjų skylių aplinka. Tai nėra joks oficialus atskyrimas, bet pagal tyrimų pobūdį ir svarbius aspektus jį pamatyti nesunku. Truputį detaliau šnekant, atskyrimas būtų toks:

– žiūrint iš reliatyvistinės pusės, yra svarbi artimiausia juodosios skylės aplinka, kur pasireiškia ekstremalūs efektai – laiko ir erdvės iškreiptumas, neįprastos orbitos ir panašiai; taip pat svarbi vidinė juodųjų skylių struktūra, tai yra zona įvykių horizonto viduje;

– žiūrint iš astrofizikinės pusės, svarbi tolimesnė juodosios skylės aplinka ir joje esantys dalykai – pavyzdžiui, dujos, žvaigždės ir taip toliau; svarbu, kaip tie aplinkiniai objektai reaguoja į stiprią gravitaciją ir koks poveikis kyla aplinkai.

Taigi, astronomui nelabai svarbu, kas dedasi prie pat juodosios skylės įvykių horizonto. Yra toks dalykas, vadinamas vidine stabilia apskritimine orbita – tai mažiausias nuotolis nuo juodosios skylės, ties kuriuo koks nors objektas dar gali stabiliai suktis apskritimine orbita; arčiau priartėję objektai pro įvykių horizontą įtraukiami labai greitai. Šios orbitos spindulys yra keletą kartų didesnis, nei įvykių horizonto (tiksli vertė priklauso nuo juodosios skylės sukimosi). Tai va, astronomams svarbu tai, kas vyksta vidinės orbitos išorėje, o reliatyvistams – kas viduje. Vėlgi, takoskyra tikrai nėra tokia griežta ir akivaizdi, bet tendencijas pamatyti nesunku.

Akrecinis diskas, spinduliuotė, čiurkšlė - visa tai turi poveikį aplinkai ir rūpi astronomams. Įvykių horizontas, erdvėlaikio iškreiptumas ir t.t. labiau rūpi reliatyvistams. ©Roen Kelly

Juodosios skylės plačiosios visuomenės dažniausiai yra suvokiamos per reliatyvistinę prizmę. Kalbama apie ekstremalią gravitaciją, erdvės ir laiko iškraipymus, pražūtingą įkritimą pro įvykių horizontą ir taip toliau. Visi šitie reiškiniai egzistuoja ir yra įdomūs bei verti tyrimų, bet astrofizikiniam juodųjų skylių supratimui ir nagrinėjimui nėra labai reikšmingi. Ekstremali gravitacija? Taip, ji pasireiškia, bet analogų randame ir prie baltųjų nykštukių bei neutroninių žvaigždžių – svarbu, kad objektas yra kompaktiškas. O supermasyvių juodųjų skylių gravitacija netgi ne tokia ir ekstremali. Erdvės ir laiko iškraipymas? Vėlgi, juos kuria visi masę turintys objektai; svarbiausias šito pasireiškimas – gravitacinis lęšiavimas – dažniau sutinkamas, kai lęšis yra galaktikų spiečius, galaktika, arba kartais – pavienė žvaigždė ar planeta (mikrolęšiavimas). Juodųjų skylių kuriamas gravitacinis lęšiavimas reikšmingas tik tada, kai skaičiuojame, kaip keistai galėtų atrodyti aplink juodąsias skyles esanti medžiaga, žiūrint iš toli (kažką tokio matėme „Interstellar“, kai laivas skrido labai arti juodosios skylės). Kritimas pro įvykių horizontą? Astronomui tai svarbu tik tuo, kad įkritusios medžiagos masė prisideda prie juodosios skylės masės.

Plokščias akrecinis diskas dėl gravitacinio lęšiavimo atrodo sulinkęs. Bet tai iš esmės tik vaizdas, poveikis aplinkai nuo vaizdo skirtumų nepriklauso. ©Phil Armitage

Skirtingi požiūriai atsiskleidžia ir tada, kai pažiūrime į juodųjų skylių skirstymą abiejose disciplinose. Reliatyvumo teorijoje juodosios skylės skirstomos pagal erdvėlaikio metrikas aplink jas, t.y. pagal tai, kaip jos paveikia aplinkinį erdvėlaikį: Švarcšildo j.s. yra tokios, kurios nesisuka ir neturi krūvio, Kero j.s. sukasi, Niumano (Newman) – turi elektrinį krūvį, o Kero-Niumano ir sukasi, ir krūvį turi. Dar būna hipotetinės kirmgraužos, baltosios skylės ir panašūs egzotiški objektai. Astronomijoje skirstymas remiasi padėtimi, atsiradimu ir mase: būna pavienės juodosios skylės ir juodosios skylės dvinarėse sistemose; būna pirmykštės juodosios skylės, po supernovos sprogimo atsiradusios juodosios skylės ir neaiškios; būna žvaigždinės masės ir supermasyvios, ir galbūt tarpinės masės, juodosios skylės. Skirtingos metrikos astronomijoje nesvarbios dėl dviejų priežasčių: pirma, skirtumai tarp jų pasireiškia tik arti juodosios skylės; antra, praktiškai visos realios juodosios skylės turėtų būti Kero varianto, nes absoliutus sukimosi nebuvimas yra labai mažai tikėtinas, kaip ir krūvio turėjimas.

O dabar prieiname prie žadėto paaiškinimo, kodėl manęs negąsdina diskusijos apie galimą juodųjų skylių neegzistavimą, nors juodosios skylės yra mano tyrimų sritis. Jei juodąsias skyles apibrėžtume pagal tai, kas yra svarbu astronomams – labai kompaktiški objektai, kurie kai kuriais atvejais gali būti ypatingai masyvūs (milijonų Saulės masių ir daugiau) ir egzistuojantys galaktikų centruose – tai jų egzistavimas yra įrodytas praktiškai taip tvirtai, kaip tik įmanoma moksle. Kol kas neišskirtas nei vienos juodosios skylės įvykių horizontas, bet tai nesvarbu. Įvairūs stebėjimai rodo, kad galaktikų centruose egzistuoja tokie masyvūs ir kompaktiški objektai, jų spinduliuotės spektrai atitinka tai, ko tikimės iš medžiagos, esančios aplink juodąją skylę, taigi ir jų poveikis aplinkai yra toks, kaip juodųjų skylių. O būtent poveikis aplinkai mums ir rūpi. Diskusijos apie tai, ar tie objektai yra tikrai juodosios skylės, kaip aprašyta reliatyvumo teorijoje, ar kažkokie kitokie panašiai egzotiški reiškiniai, iš astronomijos požiūrio taško yra semantika.

Šiuo pareiškimu tikrai nenoriu pasakyti, kad juodųjų skylių egzistavimo klausimas nėra reikšmingas. Jis yra svarbus mūsų supratimui apie realybę fundamentaliame lygmenyje, kur susikerta reliatyvumo teorija ir kvantinė fizika. Tačiau galaktikų evoliucijai ir kitiems astronominiams reiškiniams nėra beveik jokio skirtumo, ar galaktikų centruose egzistuoja juodosios skylės, ar kokios nors egzotiškos medžiagos gumulai.

Laiqualasse

2 comments

  1. „Taigi, astronomui nelabai svarbu, KAD dedasi prie pat juodosios skylės įvykių horizonto.“ Turbūt čia taisytina į KAS?

    Pats rašinys patiko, nesunkiai susiskaitė, esmę lyg ir pagavau :)

Komentuoti: Abc Atšaukti atsakymą

El. pašto adresas nebus skelbiamas. Būtini laukeliai pažymėti *