Paukščių Take yra žinoma kelios dešimtys juodųjų skylių. Ar šis teiginys jums neatrodo keistas? Juk astronomijoje skaičiai paprastai būna… astronominiai, o čia – kelios dešimtys. Kažkaip labai žmogiška. Ir tikrai, šis skaičius ir visas teiginys yra gana keisti, nes juodųjų skylių turi būti žymiai daugiau. Taigi kyla klausimas – kur jos dingo. Atsakymas slypi po kirpsniuku, taigi spauskite jį ir skaitykite.
Visų pirma pradėsiu nuo paaiškinimo, kiek tų juodųjų skylių būti turėtų. Žinome, jog juodosios skylės atsiranda po supernovų sprogimų. Ne kiekviena supernova palieka juodąją skylę, bet didžioji dalis mirštančių žvaigždžių, masyvesnių nei ~10 Saulės masių, po savęs turėtų palikti būtent tokius objektus. Tokių žvaigždžių yra maždaug viena iš kelių tūkstančių, bet net ir tokia maža dalis sudaro bent kelias dešimtis milijonų masyvių žvaigždžių visoje Galaktikoje. Kiekviena tokia žvaigždė gyvena iki 10 milijonų metų, o gimsta jos nuolatos. Taigi juodųjų skylių, likusių po masyvių žvaigždžių sprogimų, turėtų būti milijardai. Tad kur jos?
Trumpas atsakymas būtų toks – mes nežinome. Tikslesnis – mes ganėtinai neblogai įsivaizduojame, bet negalime patikrinti. O visai platus atsakymas susijęs su dvinarėmis žvaigždžių sistemomis. Mat visos žinomos juodosios skylės (išskyrus supermasyviąją Galaktikos centre, bet ji dabar mums nerūpi) yra sistemose, vadinamose rentgeno spindulių dvinarėmis žvaigždėmis. Kaip byloja pavadinimas, tai yra dvinarės žvaigždės, sudarytos iš juodosios skylės ir kažkokios kompanjonės, kuri gali būti ir pagrindinės sekos žvaigždė, ir milžinė. Juodoji skylė traukia kompanjonės medžiagą – ar tai būtų žvaigždės vėjas, ar jos paviršiaus plazma – prie savęs, o ta medžiaga krisdama spinduliuoja rentgeno spindulius ir sistema matoma kaip ryškus tokios spinduliuotės šaltinis.
Ne dvinarėse žvaigždėse situacija yra kitokia. Pavienė juodoji skylė gali lakstyti po Galaktiką daugybę milijonų ar net milijardų metų, nepralėkdama arti jokios kitos žvaigždės. Tarpžvaigždinė medžiaga yra labai reta, taigi net ir rydama ją, juodoji skylė skleidžia per mažai spinduliuotės, kad ją pavyktų aptikti. Vienintelė galimybė pamatyti tokį kūną – gravitacinis lęšiavimas, susidarantis, kai juodoji skylė pralekia tarp mūsų ir tolimos žvaigždės. Bet ir tai įvyksta nedažnai, be to reikia, kad koks nors teleskopas tuo metu stebėtų kaip tik tą žvaigždę, kurios šviesa yra lęšiuojama. Taigi gana drąsiai galime teigti, jog matome tik tas juodąsias skyles, kurios yra dvinarėse sistemose.
Bet ir tai neatsako į klausimą, kodėl juodųjų skylių žinome tiek mažai. Mat žvaigždės, ypač masyvios, mėgsta būti daugianarėse sistemose. Yra skirtingų vertinimų, kokia žvaigždžių dalis yra dvinarės, bet paprastai kalbama apie 30-70%. Taigi net ir atmetę pavienes juodąsias skyles, turėtume likti su daugybe milijardų rentgeno spindulių dvinarių. Kur dingo jos?
Čia situaciją paaiškina ir skaičius prie stebėjimų duomenų priartina trys reiškiniai. Pirmasis – abi žvaigždės dvinarėje sistemoje dažnai būna panašios masės. Taigi jei viena žvaigždė yra masyvi ir sprogsta supernova, netrukus taip sprogsta ir kita. Sistema, sudaryta iš dviejų juodųjų skylių, yra taip pat nematoma, kaip ir pavienė juodoji skylė. Antrasis – tam, kad dvinarė sistema pradėtų ryškiai spinduliuoti rentgeno diapazone, jos narės turi būti pakankamai arti viena kitos. Dvinarės sistemos, kurių sukimosi periodas yra ilgesnis nei kelios dešimtys dienų, nepatenka į šį būrė ir rentgeno nespinduliuoja. Trečiasis reiškinys – supernovų sprogimai nėra visiškai sferiškai simetriški. Tai reiškia, kad žvaigždės apvalkalas nulekia viena kryptimi, o branduolys – kita. Pradinio greičio, suteikto kolapsuojančiam branduoliui, gali pakakti, kad dvinarė žvaigždė iširtų. Tiesą sakant, beveik kiekviena supernova ir išardo savo dvinarę; nesunaikintų lieka vos ~10 procentų, ir tos pačios daugiausiai tokios, kur ir antroji žvaigždė yra masyvi. O tos, kaip jau minėjau, linkusios pačios tapti juodosios skylėmis, kurių pastebėti šansų nedaug.
Taigi, visi kartu šie trys efektai reiškia, kad juodųjų skylių matome gerokai mažiau, nei jų yra iš tikro. Kiek tiksliai mažiau – pasakyti niekas negali, bet santykis turėtų būti milijardų eilės dydžio. Visos juodosios skylės, kurias tyrinėjame Paukščių Take, yra ne tai kad ne ledkalnio viršūnė, bet išvis tik mažas ledo krislas ant viršūnės, kuri irgi skendi po vandeniu.
Išsiaiškinę apie juodųjų skylių „dingimo“ priežastį, galime paklausti dar vieno klausimo. Jei Galaktikoje yra tiek daug nematomos medžiagos, gal ja galima paaiškinti tamsiąją materiją? Juk bendra juodųjų skylių masė turėtų būti apie milijardą Saulės masių! Bet visgi tas milijardas Saulės masių yra visai nedaug, palyginus su Galaktikos mase. Pastaroji vėlgi nėra žinoma taip tiksliai, kaip norėtųsi, bet įverčiai svyruoja nuo kelių šimtų milijardų iki trilijono Saulės masių. „Trūkstama“ medžiaga, t.y. įvairūs nematomi dalykai, sudaro daugiau nei tris ketvirčius visos masės, taigi irgi skaičiuojama šimtais milijardų Saulės masių. Milijardas šen ar ten tokiam skaičiui įtakos nedaro.
Prieš kelias dešimtis metų vyko intensyvūs ginčai apie tamsiosios materijos prigimtį. Viena stovykla teigė, kad ji susideda būtent iš visokių juodųjų skylių, rudųjų nykštukių ir kitokių masyvių kompaktiškų objektų, esančių Galaktikos hale (Massive Compact Halo Objects, arba MACHOs). Alternatyva jai buvo WIMP (Weakly Interacting Massive Particle, t.y. silpnai sąveikaujančių masyvių dalelių) modelis, teigęs, kad tamsioji materija sudaryta iš mums nežinomų elementariųjų dalelių. Po ilgų ginčų WIMP stovyklos teiginiai pasirodė teisingesni. Vienas iš argumentų, sunaikinusių MACHO modelį, buvo būtent tokių kompaktiškų objektų bendros masės įverčiai, visada buvę gerokai mažesni, nei trūkstama masė galaktikose.
Taigi, juodosios skylės sau ramiai egzistuoja. Jos tik nenori būti stebimos :)
Laiqualasse