Kokio dydžio yra juodosios skylės?

Dr. Kastyčio Zubovo rašomas tinklaraštis „Konstanta 42“, mokslo populiarinimo laida „Mokslo sriuba“ ir portalas Lrytas.lt skelbia mokslo populiarinimo konkursą. Tai – jau devintasis toks renginys, vykstantis kasmet nuo 2013 metų. Domitės mokslu ir norite papasakoti apie tai kitiems? Gal supažindinti visuomenę su naujausiais atradimais ir išradimais, o gal išsklaidyti mitus ar atskleisti kokią nepakankamai įvertintą detalę? Tai puiki proga tą padaryti ir laimėti prizų! Konkurso taisykles galima rasti čia, o dabar dalinamės vienuoliktuoju konkurso darbu – Roko Mikučio rašiniu apie juodąsias skyles.

 Kokio dydžio yra Juodosios skylės?<br> 123rf iliustr.
 Kokio dydžio yra Juodosios skylės?<br> 123rf iliustr.
 Viena iš mažiausių žinomų juodųjų skylių yra dvinarėje sistemoje GRO J1655-40.<br> ESA iliustr.
 Viena iš mažiausių žinomų juodųjų skylių yra dvinarėje sistemoje GRO J1655-40.<br> ESA iliustr.
 Supermasyvi skylė tūno Messier 87 galaktikoje. Tai žymus 6,5 milijardų Saulės masių objektas, kurį mokslininkų komanda pasirinko darydami pirmąją juodosios skylės nuotrauką.<br> EHT nuotr.
 Supermasyvi skylė tūno Messier 87 galaktikoje. Tai žymus 6,5 milijardų Saulės masių objektas, kurį mokslininkų komanda pasirinko darydami pirmąją juodosios skylės nuotrauką.<br> EHT nuotr.
Daugiau nuotraukų (3)

Rokas Mikutis

May 5, 2022, 4:10 PM

Kokio dydžio yra Juodosios skylės?

Įprastos, geriausiai suprantamos juodosios skylės susidaro tada, kai masyvi, mažiausiai 1,3–3 Saulės masių* žvaigždė savo gyvenimo pabaigoje sukrenta į save: vidinio slėgio nebepakanka atsilaikyti prieš gravitaciją, žvaigždė kolapsuoja ir šio proceso metu virsta juodąja skyle.

Pati skylė teoriškai neužima jokios erdvės, užtat išlaiko iš savo motininės žvaigždės paveldėtą masę.

Tiesą sakant, šis procesas kiek primena metamorfozes, kai iš lėliukės išsirita drugelis. Tik šį kartą viskas vyksta atvirkščiai – iš šviesą teikiančios žvaigždės išsirita besotis tamsos monstras ir ima maitintis viskuo, ką tik sugeba pasiekti.

Taigi, kaip apibrėžti dydį objekto, kuris erdvėje neegzistuoja? Šiam tikslui mokslininkai naudoja įvykių horizonto terminą – tai riba iš kurios dėl milžiniško gravitacinio poveikio nebegali ištrūkti fotonai.

Pabėgimui reikalingas greitis šioje vietoje yra didesnis nei tas, kuriuo sklinda šviesa, todėl būtent ši riba ir vadinama įvykių horizontu, o jo skersmuo naudojamas skylės dydžiui apibrėžti.

Kuo juodoji skylė masyvesnė – tuo toliau nuo centro (singuliarumo) nusidriekęs jos įvykių horizontas.

Taigi, kokio jos dydžio?

Viena iš mažiausių žinomų juodųjų skylių yra dvinarėje sistemoje GRO J1655-40. Čia ji siurbia savo kompanionės žvaigždės dujas ir taip maitina mikrokvazarą, matomą ir iš Žemės.

Maždaug 5,4 Saulės masių skylė yra apytiksliai 16 kilometrų skersmens – toks maždaug atstumas Vilniuje skiria Fabijoniškes nuo Salininkų. Kosminiu mastu tai visiškai mikroskopinis objektas, bet aplink ją besisukantis iki maždaug 7000 kelvinų įkaitęs akrecinis diskas yra toks ryškus, kad nepaisant mus skiriančio atstumo (5500-11 000 šviesmečių), jį galima stebėti iš Žemės.

Kitoje galaktikoje, pavadintoje M33, astronomai rado juodąją skylę, kuri yra vos 93 kilometrų skersmens. Bet į šį, grubiai tariant, atstumą nuo Vilniaus iki Kauno, sutelpa 15,7 Saulės masių!

Didžioji dalis žinomų arba numanomų juodųjų skylių yra nuo 3 iki 24 kartų masyvesnės už Saulę. Daugumą tokios masės skylių yra labai sunku aptikti – jei šalia neskrieja žvaigždė, kurios, pavyzdžiui, neveikia juodosios skylės gravitacija arba juodajai skylei „maitinantis“ kaimynės medžiaga nesusidaro nedidelis kvazaras – ši užduotis astronomams yra sunkiai įkandama dėl to, kad pačios juodosios skylės neskleidžia šviesos.

Spręsdami pagal pakankamai didelių, juodąsias skyles galinčių suformuoti žvaigždžių skaičių, mokslininkai mano, jog vien Paukščių Tako galaktikoje gali būti nuo milijono iki milijardo šių objektų. Tenka pripažinti, kad paklaida nemaža, o viršutinė riba skamba kiek gąsdinančiai.

Laimei, bijoti nėra ko – didžioji juodųjų skylių dalis tiesiog skrieja savo ankstesnėmis orbitomis - kaip ir tada, kai dar gyvavo šviečiančių žvaigždžių pavidalu - todėl dauguma po galaktiką be tikslo nesibasto.

Tiesa, tikrai negalime atmesti šio varianto kalbėdami apie iš savo „gimtosios“ vietos kokio nors kataklizmo išsviestas klajojančias pabaisas, kurios teoriškai galėtų kelti grėsmę Žemei ar net visai Saulės sistemai. Belieka tikėtis, kad toks pavojus neįtikėtinai menkas.

Nors dauguma juodųjų skylių yra kuklios masės ir skersmens (kosminiu masteliu!), mokslui yra žinomi ir gerokai didesni, kelių šimtų ar net keliasdešimties tūkstančių Saulės masių objektai. Tiesa, net 47 000 Saulės masių juodoji skylė tėra vos dvigubai didesnė už Jupiterį – jos įvykių horizonto skersmuo siektų apytiksliai 277 000 kilometrų.

Bet net ir tai yra niekis, palyginus su supermasyviomis besotėmis juodosiomis skylėmis.

Supermasyvios juodosios skylės

Pastarosios paprastai tūno galaktikų centruose. Mūsų galaktikos centre esanti Šaulio A* yra pati didžiausia juodoji skylė mūsų galaktikoje: masė siekia 3 milijonus Saulių, o įvykių horizonto skersmuo – apie 44 milijonus kilometrų.

Nors tai ir atrodo neįtikėtinai dideli skaičiai, galaktikos masteliu Šaulio A* nėra labai įspūdingas objektas – jei ji pakeistų Saulę, įvykių horizontas net nesiektų artimiausios Merkurijaus orbitos.

Tiesa, tai būtų ganėtinai katastrofiški mainai visai mūsiškei ir kelioms artimesnėms žvaigždžių sistemoms, bet tolimesnės žvaigždės jokių didesnių pokyčių dėl šio pokyčio artimiausiu metu (bent jau kosminiais tempais) nepatirtų.

Tokią skylę galime palyginti su mafijos bosu, netikėtai įsikrausčiusiu į geros reputacijos rajoną. Artimiausiems kaimynams gyvenimas apsiverstų aukštyn kojomis, už kelių šimtų metrų stovinčių būstų kaina kristų, o viso rajono reputacija būtų rimtai sutepta.

Tuo tarpu už upės stūksančio gretimo rajono gyventojams į tai būtų visiškai nusispjauti. Na, galimai jie nebevažiuotų į įtartinos reputacijos rajoną apsipirkti, kaip ir jūs turbūt nenorėtumėte skraidyti savo kosminiu laivu greta besočio monstro.

Tiesa, Visatoje yra tokių „mafijos bosų“, kuriuos ignoruoti būtų sunku ne tik rajono, bet ir viso miesto ar net šalies gyventojams.

Kalbu apie supermasyvias juodąsias skyles, prieš kurias netgi mūsų Šaulio A* atrodo nykštukė.

Pavyzdžiui Cygnus A (Gulbės A) galaktikoje tūnančią juodąją skylę sudaro neįtikėtina 2,5 milijardo Saulės masių suma, o jos įvykių horizonto skersmuo siekia stulbinančius 14,7 milijardo kilometrų. Tiek pakanka, kad į ją sutilptų visos Saulės sistemos planetos su savo orbitomis! Pavyzdžiui, Neptūnas sukasi nuo mūsų žvaigždės nutolęs per 4,47 milijardų kilometrų.

Kita supermasyvi skylė tūno Messier 87 galaktikoje. Tai žymus 6,5 milijardų Saulės masių objektas, kurį lyg garsų modelį mokslininkų komanda pasirinko darydami pirmąją juodosios skylės nuotrauką.

Bet net ir šie leviatanai nublanksta prieš kitą besočių rijikų kategoriją – ultramasyvias juodąsias skyles.

Ultramasyvios juodosios skylės

OJ 287 galaktikos centre glūdinti skylė „sveria“ lyg 18 milijardų Saulių. Tai tokia milžiniška pabaisa, kad aplink ją orbitoje sukasi dar viena, net keturiasdešimt kartų už mūsiškę Šaulio A* masyvesnė juodoji skylė, o įvykių horizonto viduje laisvai tilptų trys viena greta kitos išdėstytos mūsų Saulės sistemos, kartu su Oorto debesimi ir kitais gražiais dalykais.

Bet net ir OJ 287 nublanksta prieš pačią didžiausią žinoma juodąją skylę, o tuo pačiu ir didžiausią žinomą vientisą objektą visatoje – TON 618. Tai 66 milijardų Saulės masių monstras, kurio skersmuo yra toks didelis, kad net (teoriškai) keliaujant šviesos greičiu, nuo vieno įvykio horizonto krašto iki kito, užtruktumėte dvi savaites.

Į TON 618, kurio skersmuo yra maždaug 390 milijardų kilometrų (1300 AV) būtų galima lengvai viena šalia kitos išdėstyti net 11 Saulės sistemų!

Kadangi TON 618 yra labai toli, mes galime šį objektą matyti tokį, kokiu jis buvo prieš maždaug 10 milijardų metų, todėl šias kosmoso pabaisas iki šiol gaubia paslapties šydas – kaip per tokį trumpą laiką nuo Visatos pradžios TON 618 sugebėjo prisisiurbti ištisos galaktikos vertą masės kiekį?

Tiesą sakant, 66 milijardai Saulės masių yra net daugiau, nei sveria visas mūsiškis Paukščių Takas!

Viena teorija teigia, kad galimai supermasyvios bei ultramasyvios juodosios skylės kaip TON 618 susidarė praleisdamos žvaigždžių stadiją. Ankstyvojoje Visatoje tankios dujos proto-galaktikos viduryje atvėso pakankamai, kad kolapsuotų nuo savo svorio - ir iš karto suformuotų juodąją skylę.

Tikėkimės, jog visai netrukus James Webb’o teleskopas padės pažvelgti į šias paslaptis iš arčiau.

Šaltiniai:

  • https://astronomy.com/news/2020/02/how-do-black-holes-form
  • https://lt.wikipedia.org/wiki/Juodoji_skyl%C4%97
  • https://astronomy.com/news/2020/04/how-much-space-does-a-black-hole-take-up
  • https://www.esa.int/ESA_Multimedia/Images/2003/04/Black-hole_system_GRO_J1655-40_in_Scorpius
  • https://en.wikipedia.org/wiki/GRO_J1655-40
  • https://science.nasa.gov/astrophysics/focus-areas/black-holes
  • https://www.businessinsider.com/black-hole-how-big-largest-universe-2019-5
  • https://nerdist.com/article/biggest-black-holes-size-comparison/
  • https://www.youtube.com/watch?v=0FH9cgRhQ-k&ab_channel=Kurzgesagt%E2%80%93InaNutshell
  • https://www.inverse.com/science/hot-dense-and-powerful-jets-could-solve-a-massive-black-hole-problem

___________

*Astrofizikos mokslų daktaro Kastyčio Zubovo pastaba: juodosiomis skylėmis virsta žvaigždės, kurių masė didesnė nei 10 Saulės masių. Daugmaž trys Saulės masės yra reikalinga žvaigždės branduolio masė, kuri susitraukia į juodąją skylę.

UAB „Lrytas“,
Gedimino 12A, LT-01103, Vilnius.

Įm. kodas: 300781534
Įregistruota LR įmonių registre, registro tvarkytojas:
Valstybės įmonė Registrų centras

lrytas.lt redakcija news@lrytas.lt
Pranešimai apie techninius nesklandumus webmaster@lrytas.lt

Atsisiųskite mobiliąją lrytas.lt programėlę

Apple App Store Google Play Store

Sekite mus:

Visos teisės saugomos. © 2022 UAB „Lrytas“. Kopijuoti, dauginti, platinti galima tik gavus raštišką UAB „Lrytas“ sutikimą.