Apie labai dideles, dideles ir visai mažutes juodąsias skyles

Gruodžio 19 dieną buvau dar vienoje mokslo sriuboje.

Šį kartą fizikinėje apie   juodąsias skyles , kurią skaitė Kastytis Zubovas. Beje, jis jau šešis metus rašo mokslo populiarinimo blogą, ir nepanašu, kad ruoštųsi sustoti.

Paskaita vyko Bix'ų bare Vilniuje, Etmonų gatvėje. Paskaitos klausėmes rūsyje, nes kur kitur klausysiesi paskaitos apie Visatos platybes. Baras pavadintas pagal  vienu metu tokią buvusią grupę Bix'us, jo interjeras steampunk'inis.
Ir ne, baras nepavadintas pagal žavią protoceraptorę poliglotę Bix iš dinotopijos. Ir taip, jeigu Jums tai nieko nesako, tai reiškiasi esate visiškai sveiki ir skirtingai nei aš, greičiausiai turite ką veikti.

(Bix. Paveikslėlis pasivogtas iš internetų)

Šį kartą vat imsiu ir parašysiu apie tai, apie ką buvo paskaita. Žinoma, mano aprašymas bus žmogaus, kuris su fizika neturi nieko bendro, ir ja domisi baruose, bei paremtas daugiausia dviejų savaičių senumo prisiminimais, bet aš jį vis tiek parašysiu.

Nes noriu. Ir Jūs šiandien nuveikite ką nors, ką norite!

Ir dar  juodasias skyles  visur rašysiu va taip. Čia Bix'ai kalti. Prisiklausiau jų, tai va kas pasidarė.

Šią mokslo kavinės paskaitą irgi filmavo webseminarai.lt ir gal vėliau net įsidės pas save.

(Erelio ūko molekuliniai debesys. Paveikslėlis iš wikipedijos).

Paskaita apie  juodąsias skyles , prasidėjo nuo nuo skylių, bet nuo žvaigždių ir nuo to, kaip žvaiždės susidaro.

O susidaro jos iš esmės tada, kai vienoje vietoje susitelkia labai daug kosminių (vandenilio) dujų. Tarp dujų dalelių susidaro gravitacinės jėgos ir galų gale dalis jų susitelkia į tankų kamuoliuką - protožvaižgdę. Išjudinti dujas gali padėti kas nors iš šono, pavyzdžiui į debesį įlėkusi nelaimėlė kometa.

Protožvaigdžė dar prisisiurbia daugiau dujų, jos susispaudžia taip smarkiai, kad jų atomai ima jungtis - skiriasi šviesa, šiluma, o susijungus dviem vandenilio atomams susdiaro vienas helio atomas.

Kai protožvaigdžė pasiekia tam tikrą masę, ji dar labiau susispaudžia - galima sakyti, sukrenta į vidų. Iš vienos pusės tai labai dramatiška - procesas nustumia aplinkui buvusias dujas tolyn, bet ir labai miela - žvaigždė stabilizuojasi ir dega tol, kol turi jau iš anksčiau prisisiurbto vandenilio. Žvaigždei degant joje susidaro vis sunkesnių cheminių elementų - tiek mumyse esanti geležis, tiek anglis, tiek dar visokie kitokie elementai tėra kažkada gyvenusių ir mirusių žvaigždžių dulkės.

Erelio ūkas - kaip tik vieta, kurioje formuojasi naujos žvaigždės. Iš vieno gigantiško dujų debesies gali susidaryti daug žvaigždžių, ištisi jų spiečiai. Vėliau žvaigždės išsibėgioja kas sau. 

Pavyzdžiui vieną tokį spiečių galima matyti net plika akimi Tauro žvaižgdyne, kuris Lietuvoje kaip tik matomas žiemos mėnesiais!

(Paveikslėlis iš čia. Aš asmeniškai danguje be Grįžulo ratų moku rasti tik Oriono diržą. Bet tada pagal diržą atrandu patį Orioną, o pagal jį ir kitus žvaigždynus. Pavyzdžiui Taurą rasti lengviausia, nes užtenka atsiminti, kad Tauro ragai nukreipti į Oriono kuoką (nuorodoje į skydą, bet aš įsivaizduoju, kad ten kuoka. Man taip lengviau ;p )).

Jis vadinamas Plejadėmis, Sietynu, arba, jeigu norite būti labai moksliški - M45. Plikai akiai jis atrodo tik kaip paprastas melsvas lopinėlis ar viena melsva žvaigždė. Nebent, aišku, turite labai gerą akį. Ir gyvenate už miesto.

Jaunų žvaigdžių spiečius yra melsvas dėl to, jog didelės jaunos žvaigdės yra melsvos. Sendama tokia žvaigždė geltonėja. Mažos būna geltonos iš pat jaunystės. Bet visos žvaigždės sendamos parausta.

Kaip žvaigždės nugyvena savo gyvenimą labai priklauso nuo to, kokio dydžio jos gimsta.

Mažos mielos žvaigždutės

A niekas nežino kaip joms baigiasi. Nes Visatos aušroje užsidegusios mažiausios žvaigždės vis dar dega. Esmė su žvaigždėmis yra paprasta - kuo didesnė, tuo trumpiau gyvena ir tuo didesnį spektaklį padaro išeidama. 

Vidutinės žvaigždės

Čia tokios žvaigždės, kurių dydis yra maždaug 0.5-10 mūsų Saulės masės. Čia maždaug. 

Tokios  žvaigždės gyvenimas vyksta vadinamąja "pagrindine seka". Kai žvaigždėje vandenilio ima trūkti, ji išsipučia į raudonąją milžine - kai mūsų Saulė išsipūs ji suvalgys Merkurijų ir Venerą ir čiupins, o gal ir visiškai sudegins Žemę.

Po to ji kurį laiką pagyvens, nusimes išorinius sluoksnius (sukurs planetinį ūką, bet jis taip vadinamas tik dėl istorinių priežasčių), o iš žvaigždė šerdis susitrauks ir susiformuos baltoji nykštukė - daiktas bus dydžio sulig mūsų Žeme (milijonus kartų mažesnė, nei buvo prieš tai). Ten pavieniai atomai "trinsis" vienas į kitą ir žvaigždė toliau nebesitrauks.

(maždaug taip atrodys mūsų saulė prieš tapdama baltąja nykštuke. Paveikslėlis iš internetų)

Gigantiškos žvaigždūnės

Masyvios žvaigždės gyvena ne milijardais, kaip mažesnės, o tik milijonais metų - jos po raudonosios milžinės SPROGSTA. Išoriniai sluoksniai ne pasklinda, o išsilaksto. Tam energijos duoda žvaigždės šerdies greitas susitraukimas iki visai mažyčio mažulyčio objekto. Taip susidaro  neutroninė žvaigždė, kuri dar labiau kondensuota už jau anksčiau minėtą baltąja nykštukę. 

O jeigu atomai dar labiau susipaudžia, tai susiformuoja  juodoji skylė  - žvaigždės masė sukrenta į tokią tankią masę, kad iš jos nebegali pabėgti netgi šviesa. Iš čia ir pavadinimas.

(Paveikslėlis iš čia Ne po visų supernovų kas nors susidaro.)

Kuo kūnas masyvesnis ir didesnis, tuo didesnio greičio reikia, kad nuo jo pabėgtum. Didžiausias greitis yra šviesos greitis - tai va, galima įsivaizduoti kokia tanki ta  juodoji skylė . 

Kaip jau supratote,  juodoji skylė  ne skylė. Tai tiesiog mažas, bet labai tankus ir dėl to didelę masę turintis objektas. Maždaug kaip visa mūsų planeta suspausta į daiktą, kurio skersmuo siekia ne daugiau, nei 3 milimetrus... Va dėl tos didelės masės ir išeina, kad  juodoji skylė  turi didelę trauką (buitiškiausia prasme traukos jėga tarp dviejų kūnų yra proporcinga jų masių sandaugai ir atvirkščiai proporcinga juos skiriančio atstumo kvadratui).

(simuliacija, kaip maždaug  juodoji skylė  ne tik pasigrobia, bet ir laužia aplinkui ją sklindančią šviesą. Animacija iš internetų.)

Filmų kūrėjai dažnai mėgsta pavaizduoti  juodąsias skyles  kaip viską siurbiančius dulkių siurblius. Ir iš tiesų - yra toks daiktas, kaip 

Schwarzschild'o sfera (įvykių horizontas) - ta  juodąja skylę  supantis erdvėlaikis į kurią patekęs daiktas jau nebegali pabėgti nuo tos  juodosios skylės . Tik tas įvykių horizontas nėra toks jau didelis, kaip rodomas filmuose - taip pat baisu būtų priskirsti arti saulės ir sudegti, ar nusibaigti nuo kokios kosminės radiacijos. 

Jeigu koks kosminis dievas sugalvotų mūsų Saulę pakeisti  juodąja skyle , bet tokios pačios masės ir formos, kaip kad buvo mūsų Saulė, tai mums be dienos šviesos praradimo, ekosistemos sugriuvimo  ir visa ko žūties, bei sušalimo į ledą daugiau kaip ir nieko baisesnio nenutiktų - mūsų sistemos planetos toliau suktųsi, kaip sukosi prieš tai. Bet jei įdėtų tokios pat masės, kaip mūsų Saulė, taburetę, tai būtų ragas. Nes taburetės forma kitokia, nei Saulės. Ir išeitų kosminis itališkas eismas.

O bet tačiau - yra viena specifinė  juodųjų skylių  grupė, kurios turi itin didelę masę ir yra randamos galaktikų centruose. Ne, galaktika nesisiuka aplink skylę jos centre - tiesą sakant skylė nesudaro net vienos tūkstančosios pačios galaktikos masės. Galaktika sukasi ar formuoja kitokią struktūrą dėl visų joje esančių objektvų sąveikos visumos.  Juodoji skylė  jos centre įtaką turi tik keliems aplinkiniams šviesmečiams, ir jei ji dingtų, tai trajektorijas pakeistų tik nedidelė grupė arti aplink ją besisukiojančių objektų.

(Yra įvairių toerijų aiškinančių kaip galėjo prasidėti mūsų Visata - pavyzdžiui, kad ji prasidėjo kaip keturdimensės juodosios skylės mirties rezultatas. Toks jau tas mokslas - rytoj viskas, ką žinome šiandien gali būti paneigta, bet viena išlieka - mokslo dėka įmanomas tolimas nuo netiesos.)

Tačiau plink galaktikos centre esančią  juodąją skylę  vyksta energetiniai procesai, kurie jau gali paveikti visą likusią galaktiką.

Astronomai kartais kalba apie supermasyvių  juodųjų skylių  spinduliuotę. Tik ji sklinda ne iš pačių skylių, bet iš jų aplinkos. 

Iš kažkur prie skylės atlekia nemažas dujų debesis, lėkdamas šalia jos, dėl traukos, jis užlinksta, pasikeičia jo forma - jis išsitempia, išsitampo, išsisuka į spiralę ir jei yra pakankamai arti, tai pradeda sukti aplink  juodąją skylę  elipse. 

Kadangi ta dujų debesis, tai tos dujos dėl sukimosi elipse ima susidurinėti (panašiai kaip bangos nearamioje jūroje), ir taip po truputį tos dujos susisuka į ganėtinai plokščią diską, kuriame dujos lekia apskritiminėmis orbitomis - tos, kurios arčiau skylės juda greičiau, kurios toliau - lėčiau. Ką mes gaunam? Trintį. O nuo trinties išsiskiria šiluma. 

Visai šalia  juodosios skylės  esančios dujos įkaista iki milijonų laipsnių temperatūros ir netgi ima skleisti taip visai nemažai šviesos. Šitaip išsiskyrusi šviesa gali būti netgi ryškesnė už visą likusią galaktiką, o tada tokios galaktikos vadinamos aktyviomis (maždaug 10% visų mums žinomų galaktikų).

(Artimiausia mūsiškai aktyvi galaktika - Kentauro A. Kairėje pusėje jungtinis paveikslėlis iš galaktikos rentgeno, radio bangų ir optinės (tokios, kokią mato mūsų akis) nuotraukų. Tikra diskoteka padarėliams, matantiems platų spindulių spektrą. Paveikslėlis iš čia)

Dėl trinties ir spinduliuotės dujos po truputį praranda kinetinę energiją, įkrenta į  juodąją skylę  ir ją augina. Spėjama, jog šitos super didelės  juodosios skylės  taip ir užaugo per milijardus metų laižydamos dujas.

Neretai prie skylės priskridusios dujos jau būna įsimagnetinusios. Jos besisukdamos aplink skylę formuoja  magnetines jėgas, kurios gali nedidelę dalį dujų išstumti iš to disko statmenai šviesos greičiui artimu greičiu (susidaro vadinamosios čiurkšlės) - taip kažkas toliau nuo galaktikos centro gali būti apsisiotas kosmine dujų čiurkšle. Gerai, jau gerai - tie reiškiniai dar vadinamai kosminiais vėjais :) Mums gerai, mūsų Saulės sistema yra saugiai įsikūrusi mūsų galaktikos diske, kuris kaip koks bamperis sulaiko nemažą dalį tokių vėjų, bei spinduliuočių.

(Mesjė 82 - labai ryški galaktika nuo mūsų nutolusi apie 12 milijonų šviesmečių. Tik nėra iki galo aišku kas joje taip baisiai ryškiai šviečia... Nuotrauka iš čia.)

Aktyvioje galaktikoje arba dujų mažėja apskritai, arba mažėja bent jau šaltų dujų.  Juodosios skylės  poveikis gali būti pakankamas, kad ji pilnai išstumtų visas dujas iš galaktikos. Tokio galaktika pasensta - tampa raudona, kurioje daug senų ir mažų raudonų žvaigždžių. Nėr dujų - nėra kuro naujoms žvaigždėms...

Visatoje po truputi visos galaktikos raudonėja ir žvaigždžių formavimasis jojs lėtėja. 

Kažkada, po nepalyginamai daugiau laiko, nei jau gyvena mūsų Visata, pati Visata nurims - bus tik  juodosios skylės , neutroninės žvaigždės ir kiti ramūs objektai. O kas bus po to - nežinia. 

(iš iternetų)

Pabaigai:

Ar gali dvi  juodosios skylės   susidurti?

Kai dvi skylės suartėja, jos susijungia ir pasidaro dar didesnė  juodoji skylė , o to proceso metu išspinduliuojama daug gravitacinių bangų (ne pačių skylių, bet jų sukimosi). Dabar kaip tik aiškinamasi ir kuriami metodai, kaip būtų galima tą tyrinėti - tai galėtų būti geras realitavumo teorijos patikrinimas.

Ar galima pasigaminti mažą  juodąją skylę ?

Jeigu paimsime akmenį ir jį suspausite iki  juodosios skylės  tankumo, tai jis gravitacinę įtaką turės tokią pat, kaip ir prieš tai. Bet į delną, jos nepaimsimee- ji prakris pro jūsų delną sudarančių atomų viduje esančius tarpus, keliaus iki žemės centro ir greičiausiai sukiosis ten daug daug milijonų metų, kol, jeigu jai iš viso pasiseks, pataikys į kokio atomo centrą. Tada ji pataps šiek tiek didesnė.

Galbūt žemėje dabar tokių pilna, ką mes ten žinome.

Sekantis blogo įrašas bus jau po Naujųjų metų :) Dabar einu gamintis karštų obuolių sulčių su cinamonu ir kontempliuoti Visatos begalybę ir tą faktą, kad iš esmės mes visi esame sudaryti iš truputėlio materijos (kuri tuo pat metu gali būti laikoma ir energija) ir daugybės to, ką laikome tuštuma :D ...