Шарҳи пурраи сӯрохиҳои сиёҳ
Сӯрохиҳои сиёҳ аз ҷумлаи ҷолибтарин ва шадидтарин ашёи коинот мебошанд. Онҳо асрор, зебоии физика ва маҳдудиятҳои фаҳмиши инсонро дар бораи фазо ва вақт муттаҳид мекунанд. Ба ибораи оддӣ, сӯрохи сиёҳ минтақае дар фазо аст, ки ҷозибаи он қадар қавӣ аст, ки ҳеҷ чиз - ҳатто нур - наметавонад аз он берун равад. Аммо берун аз ин таъриф бисёр мафҳумҳои муҳим пинҳонанд: чӣ гуна сӯрохиҳои сиёҳ ба вуҷуд меоянд, онҳо чӣ гуна ба назар мерасанд, чӣ гуна олимон онҳоро ошкор мекунанд ва он чизе, ки то имрӯз як сир боқӣ мемонад.
Сӯрохи сиёҳ чист?
Аз нигоҳи илмӣ, сӯрохиҳои сиёҳро метавон ҳамчун натиҷаи каҷравии бузурги фазо-вақт фаҳмид. Дар назарияи нисбии умумии Алберт Эйнштейн, ҷозиба на танҳо як "қувваи ҷолиб", балки таъсири масса ва энергияест, ки фазо ва вақтро хам мекунад. Агар объект массаи хеле калонро дар ҳаҷми хеле хурд ҷамъ карда бошад, каҷравии фазо-вақт хеле нишеб мешавад - ба қадри кофӣ нишеб, ки "дом"-и ҷозибаро ташкил диҳад.
Марзи ин дом уфуқи рӯйдодҳо номида мешавад. Уфуқи рӯйдодҳо сатҳи сахте ба монанди пӯсти кура нест, балки марзи хаёлӣ аст: берун аз ин марз, ҳама роҳҳои имконпазири рӯшноӣ ё материя ҳамеша ба маркази сӯрохи сиёҳ мебаранд. Азбаски рӯшноӣ наметавонад аз он берун равад, сӯрохиҳои сиёҳро мустақиман мисли ситорагон дидан мумкин нест. Он чизе ки мушоҳида мешавад, таъсири онҳо ба муҳити онҳост.
Сохтор ва қисмҳои муҳим
Ҳангоми баррасии сӯрохиҳои сиёҳ якчанд истилоҳоти калидӣ мавҷуданд:
1. Уфуқи рӯйдодҳо
Ин «нуқтаи бозгашт нест» аст. Агар касе аз уфуқи рӯйдодҳо гузарад, аз ҷиҳати назариявӣ роҳи бозгашт ё фиристодани сигнал вуҷуд надорад. Радиуси уфуқи рӯйдодҳо барои сӯрохи сиёҳи ғайригардиш одатан радиуси Шварцшильд номида мешавад.
2. Ягона будан
Дар маркази сӯрохи сиёҳ, назарияи нисбии умумӣ сингулярият, нуқтае (ё минтақа)-ро бо зичии беохир ва каҷравии беохири фазо-вақт пешгӯӣ мекунад. Аммо, бисёре аз физикҳо гумон мекунанд, ки сингулярият нишонаи нопурра будани назарияи мост: барои фаҳмидани он ки дар он ҷо воқеан чӣ рӯй медиҳад, назарияи ҷозибаи квантӣ лозим аст.
3. Диски аккретсионӣ
Бисёре аз сӯрохиҳои сиёҳ бо диски гардиши модда, ба монанди газ ва чанг, иҳота шудаанд. Соиш ва фишурдашавӣ ин дискро хеле гарм мекунад ва радиатсияи пурқувват (масалан, рентген)-ро паҳн мекунад. Ин маҳз яке аз роҳҳои асосии "намоён" шудани сӯрохиҳои сиёҳ барои телескопҳо мебошад.
4. Ҷараёни релятивистӣ
Баъзе сӯрохиҳои сиёҳ, бахусус сӯрохиҳои хеле фаъол дар марказҳои галактикаҳо, аз наздикии қутбҳои худ бо суръате, ки ба суръати рӯшноӣ наздик аст, ҷараёнҳои зарраҳои баландэнергияро мебароранд. Механизми дақиқ мураккаб аст, ки майдонҳои магнитии сӯрохи сиёҳ ва гардиши онро дар бар мегирад.
Сӯрохиҳои сиёҳ чӣ гуна ташкил меёбанд?
Сӯрохиҳои сиёҳ метавонанд тавассути якчанд роҳ ба вуҷуд оянд, аммо маъруфтаринашон инҳоянд:
1. Фурӯпошии ситораҳо
Вақте ки ситорае, ки массааш аз Офтоб хеле зиёдтар аст, сӯзишвории ҳастаиро тамом мекунад, фишори қувваи ҷозиба суст мешавад ва ядрои он фурӯ меравад. Агар массаи ядро ба қадри кофӣ калон бошад, ҳеҷ қуввае наметавонад фурӯравиро боздорад ва сӯрохи сиёҳ ба вуҷуд меояд. Ин раванд аксар вақт бо таркиши аҷиби супернова алоқаманд аст.
2. Якҷоякунии объектҳои компактӣ
Ду ситораи нейтронӣ ё ду сӯрохи сиёҳ метавонанд дар атрофи якдигар давр зананд ва дар ниҳоят якҷоя шаванд. Ин ҳодиса мавҷҳои ҷозибаро ба вуҷуд меорад, ки онҳоро дар Замин мушоҳида кардан мумкин аст. Чунин якҷояшавӣ яке аз манбаъҳои сӯрохиҳои сиёҳи нав ва азимтар мебошанд.
3. Сӯрохиҳои сиёҳи азим ва асрори пайдоиши онҳо
Дар маркази қариб ҳар як галактикаи калон, аз ҷумла Роҳи Каҳкашон, сӯрохиҳои сиёҳи азим бо массаи миллионҳо то миллиардҳо маротиба аз массаи Офтоб ҷойгиранд. Пайдоиши онҳо як саволи асосӣ боқӣ мемонад: оё онҳо аз сӯрохиҳои сиёҳи хурдтаре, ки моддаро "мехӯранд" ва якҷоя мешаванд, оҳиста пайдо шудаанд ё онҳо аз фурӯпошии абрҳои бузурги газӣ дар коиноти ибтидоӣ зуд ба вуҷуд омадаанд?
Намудҳои сӯрохиҳои сиёҳ
Умуман, сӯрохиҳои сиёҳ аз рӯи массаи худ ба инҳо тақсим мешаванд:
– Сӯрохиҳои сиёҳи ситораӣ:
Массаи онҳо аз чанд то даҳҳо маротиба аз массаи Офтоб зиёдтар аст. Онҳо одатан аз фурӯпошии ситораҳои азим ба вуҷуд меоянд.
– Сӯрохиҳои сиёҳи дорои массаи миёна:
Массаи онҳо аз садҳо то садҳо ҳазор офтобӣ аст. Далелҳо барои мавҷудияти онҳо торафт бештар мешаванд, аммо шумораи онҳо ва тарзи ташаккули онҳо то ҳол омӯхта мешавад.
– Сӯрохиҳои сиёҳи хеле калон:
Миллионҳо то миллиардҳо массаи офтобӣ дар маркази галактикаҳо ҷойгиранд. Онҳо тавассути қувваи ҷозиба ва фаъолияти энергетикии худ ба эволютсияи галактикаҳо таъсир мерасонанд.
Инчунин консепсияи сӯрохиҳои сиёҳи ибтидоӣ вуҷуд дорад, ки сӯрохиҳои сиёҳе ҳастанд, ки шояд пас аз таркиши Бузург аз сабаби ноустувории зичии шадид ба вуҷуд омада бошанд. Мавҷудияти онҳо тасдиқ нашудааст, аммо онҳо мавзӯи ҷолибанд, зеро дар баъзе сенарияҳо онҳоро бо материяи торик алоқаманд кардан мумкин аст.
Чӣ тавр олимон сӯрохиҳои сиёҳро «мебинанд»?
Азбаски худи сӯрохиҳои сиёҳ нур намебароранд, ошкоркунии онҳо тавассути таъсири ғайримустақим анҷом дода мешавад:
1. Ҳаракати ситорагон ва газ дар атрофи онҳо
Агар ситорагон дар минтақа мисли атрофи як объекти ноаён бо массаи бузург ҳаракат кунанд, ин нишонаи қавии сӯрохи сиёҳ аст. Дар маркази Роҳи Каҳкашон, даҳсолаҳо мушоҳидаҳои мадори ситорагон мавҷудияти як объекти бузургеро, ки ҳоло бо номи Қавс А маълум аст, нишон доданд.
2. Радиатсия аз диски аккретсионӣ
Материяе, ки ба сӯрохи сиёҳ афтида, гарм мешавад ва нурҳои рентгенӣ мебарорад. Телескопҳои рентгении мадордор ба монанди Чандра ва XMM-Newton ба пайгирии номзадҳои сӯрохи сиёҳ кӯмак мекунанд.
3. Мавҷҳои ҷозиба
Детекторҳо ба монанди LIGO ва Virgo мавҷҳои фазо-вақтро аз якҷояшавии сӯрохиҳои сиёҳ чен мекунанд. Ин як роҳи нави инқилобии омӯзиши сӯрохиҳои сиёҳро ифода мекунад.
4. Тасвири сояи сӯрохи сиёҳ (Телескопи Event Horizon)
Дар соли 2019, телескопи Event Horizon (EHT) тасвирҳои "сояи" сӯрохи сиёҳро дар галактикаи M87 ва баъдтар Қавс A нашр кард. Он чизе ки намоён буд, худи уфуқи рӯйдодҳо набуд, балки силуэти торик дар пеши нури дурахшон аз гази гарми атроф буд, ки аз ҷониби қувваи ҷозибаи шадиди он каҷ шудааст.
Вақте ки шумо ба сӯрохи сиёҳ наздик мешавед, чӣ мешавад?
Ҳангоме ки объект ба сӯрохи сиёҳ наздик мешавад, таъсири мавҷҳои ҷозиба меафзояд. Тафовути қувваи ҷозиба байни тарафҳои наздик ва дури объект метавонад хеле бузург бошад, ки боиси раванде мегардад, ки маъмулан бо номи спагеттификатсия - дарозшавии объект маълум аст. Барои сӯрохиҳои сиёҳи аз ҳад зиёд, мавҷҳо дар наздикии уфуқи ҳодисаҳо метавонанд нисбат ба сӯрохиҳои сиёҳи хурдтар "нармтар" бошанд, зеро радиусҳои онҳо хеле калонтаранд. Аммо, пас аз гузаштан аз уфуқи ҳодисаҳо, сарнавишти ниҳоӣ ҳамон тавр боқӣ мемонад: ба сӯи марказ.
Аз нигоҳи нозири дур, ба назар мерасад, ки вақт барои объекти афтанда «суст» мешавад. Сигнали он сурхтар (сурхгард) ва заифтар мешавад. Аз нигоҳи объекти афтанда (дар ҳолати беҳтарин), он аз уфуқи рӯйдодҳо бидуни эҳсоси «девори» ҷисмонӣ мегузарад, аммо баъд наметавонад баргардад.
Радиатсияи Ҳокинг ва саволҳои муҳим
Дар солҳои 1970-ум, Стивен Ҳокинг нишон дод, ки таъсири квантӣ дар наздикии уфуқи рӯйдодҳо ба сӯрохиҳои сиёҳ имкон медиҳад, ки радиатсияро, ки ҳоло радиатсияи Ҳокинг номида мешавад, паҳн кунанд. Ин маънои онро дорад, ки дар тӯли муддати хеле тӯлонӣ, сӯрохиҳои сиёҳ метавонанд "бухор шаванд" ва массаро аз даст диҳанд. Барои сӯрохиҳои сиёҳи ситораӣ, вақти бухоршавӣ аз синни кунунии коинот хеле дарозтар аст, аз ин рӯ ин таъсир амалан ночиз аст. Аммо, ин идея як муаммои бузургро кушод: парадокси иттилоотӣ - оё маълумот дар бораи ашёе, ки ба сӯрохи сиёҳ афтодаанд, абадан гум мешавад ё ба тарзе нигоҳ дошта мешавад, ки мо ҳанӯз намефаҳмем?
Ин парадокс ба низоъи байни назарияи нисбии умумӣ ва механикаи квантӣ дахл мекунад. Бисёре аз таҳқиқоти муосир, аз ҷумла назарияи сатрҳо ва голография, кӯшиш мекунанд, ки ин дуро пайваст кунанд, аммо ҳанӯз ҷавоби қатъӣ дастрас нест.
Хулоса
Сӯрохиҳои сиёҳ на танҳо "сӯрохиҳо" дар фазо, балки объектҳои кайҳонӣ мебошанд, ки моро маҷбур мекунанд, ки ҷозиба, рӯшноӣ, фазо ва вақтро аз нав баррасӣ кунем. Бо мушоҳидаи ҳаракати ситорагон, радиатсия аз дискҳои аккретсионӣ, мавҷҳои ҷозиба ва ҳатто "сояҳо"-е, ки аз ҷониби телескопҳои ҷаҳонӣ сабт шудаанд, одамон ҳоло роҳҳои зиёдеро барои омӯхтани чизе доранд, ки асосан ноаён аст. Бо вуҷуди ин, бисёр асрорҳо боқӣ мондаанд - махсусан дар бораи сингуляриятҳо, пайдоиши сӯрохиҳои сиёҳи азим ва сарнавишти иттилоот. Маҳз аз ҳамин сабаб сӯрохиҳои сиёҳ нуқтаи марказии астрономия ва физикаи муосир боқӣ мемонанд: онҳо озмоишгоҳҳои шадидтарини табиат барои санҷидани маҳдудиятҳои дониши мо мебошанд.
