Kur ieškoti juodųjų skylių

Dailininko iliustracija, kaip atrodytų žvaigždė, ardoma supermasyvios juodosios skylės. Laimė, mūsų Saulei tai negresia. Šaltinis: NASA/JPL-Caltech

Kosmosas Kur ieškoti juodųjų skylių...

Jeigu šalia Žemės pralėktų juodoji skylė, mūsų planetai baigtųsi nekaip: nusiurbta atmosfera ir vandenynai, gal ir biosfera, o gal net ir planetą sudarančios uolienos sudraskytos ir įtrauktos pro įvykių horizontą, iš už kurio grįžti neįmanoma. Laimei, toks scenarijus yra praktiškai neįmanomas, nes taip arti mūsų juodųjų skylių nėra ir nebus bent šimtus milijonų metų. O kur gi jų reikėtų ieškoti?

Dvinarės juodosios skylės, tokios kaip pavaizduotos šioje vizualizacijoje, paskleidžia gravitacinių bangų signalus, kurių keletą jau sugebėjome aptikti. Šaltinis: Simulating eXtreme Spacetimes projektas

Juodosios skylės yra dviejų tipų, galima sakyti, dviejų svorio kategorijų: žvaigždinės ir supermasyvios. Žvaigždinių juodųjų skylių masės yra nuo keleto ir kelių šimtų Saulės masių, supermasyvių – milijonas Saulės masių ir daugiau. Kad būtų tiesiogiai pavojinga Žemei, dešimt kartų už Saulę masyvesnė juodoji skylė turėtų priartėti prie mūsų keturis kartus arčiau, negu Saulė. Milijoną kartų už Saulę masyvesnė supermasyvi juodoji skylė taip pat mūsų planetą nuskriaustų būdama 80 kartų toliau, nei Saulė – tai dvigubai didesnis nuotolis, negu iki Plutono. Realios juodosios skylės nuo mūsų yra daugybę kartų toliau.

Artimiausia žinoma juodoji skylė yra Vienaragio žvaigždyno kryptimi, dvinarėje sistemoje Vienaragio V616. Šešis su puse karto už Saulę masyvesnis tamsus objektas traukia žvaigždės-kompanionės medžiagą ir susuka ją į diską aplink save. Diske įkaitusios dujos švyti ir skleidžia savitą spektrą, kuris leidžia jas atskirti nuo žvaigždės šviesos. Ypač daug jos spinduliuoja energingų ultravioletinių, rentgeno ir net gama spindulių. Sistema aptikta 1975 metais, o 1986 tamsusis objektas identifikuotas kaip juodoji skylė. Mus nuo jos skiria apie 3000 šviesmečių, arba 920 parsekų.

Antra artimiausia žinoma juodoji skylė – taip pat dvinarėje sistemoje, Gulbės X-1, dvigubai toliau nei Vienaragio V616. Tai buvo pirmoji identifikuota žvaigždinės masės juodoji skylė – jos masė siekia beveik 15 Saulės masių. Ji, kaip ir Vienaragio V616, atsirado, kai masyvi žvaigždė baigė savo milijonus metų trukusį gyvenimą ir sprogo supernova. Žvaigždės branduolys, nebegalėdamas termobranduolinėmis reakcijomis sukurti slėgio, įveikiančio jo paties gravitaciją, kolapsavo į neįsivaizduojamai tankų objektą, o kolapso metu išskirta energija išblaškė žvaigždės išorinius sluoksnius į šalis. Sprogstančios žvaigždės kompanionė šį įvykį išgyveno ir toliau sukosi jau aplink tamsų mažų matmenų objektą – juodąją skylę. Gyvenimo pabaigoje antroji žvaigždė išsipūtė, o jos išorinius sluoksnius juodoji skylė ėmė traukti pakankamai stipriai, kad nuplėštų ir prisitrauktų prie savęs.

Dvinarė sistema, kurioje normalios žvaigždės (dešinėje) medžiagą traukia juodoji skylė, medžiaga susisuka į diską ir energingai švyti. Šaltinis: Fahad Sulehria, Nova Celestia

Tai, kad abi artimiausios žinomos juodosios skylės yra dvinarėse sistemose – ne atsitiktinumas. Priešingai: medžiagos traukimas iš kompanionės dvinarėje sistemoje yra praktiškai vienintelis procesas, leidžiantis mums pamatyti juodąsias skyles. Iš pačios juodosios skylės jokia spinduliuotė nesklinda, taigi jei aplink ją nėra daug įkaitusios medžiagos, ji lieka tamsiu taškeliu tamsiame danguje. Tokį objektą aptikti irgi įmanoma: pavyzdžiui, jei juodoji skylė praskrenda tarp mūsų ir toliau esančios žvaigždės ar galaktikos, pastarosios šviesa yra gravitaciškai lęšiuojama – gali sušvytėti ryškiau arba pritemti. Tačiau tokiu būdu aptikti juodąsias skyles yra sudėtinga, nes iš anksto negalime prognozuoti, prieš kurias žvaigždes jos gali praskristi ir kurias reikėtų stebėti. Taigi taip juodąją skylę aptikti įmanoma nebent atsitiktinai.

Bet koks masyvus objektas iškreipia erdvę aplink save ir gali veikti kaip lęšis. Šioje iliustracijoje parodyta, kaip masyvi galaktika iškreipia toliau esančios kitos galaktikos šviesą ir sukuria du jos atvaizdus. Pavienės juodosios skylės sukelia panašų efektą, bet du atvaizdai nebūtinai atsiskiria vienas nuo kito – tolimas objektas tiesiog trumpam pašviesėja. Šaltinis: George Djorgovski, Caltech

Bet koks masyvus objektas iškreipia erdvę aplink save ir gali veikti kaip lęšis. Šioje iliustracijoje parodyta, kaip masyvi galaktika iškreipia toliau esančios kitos galaktikos šviesą ir sukuria du jos atvaizdus. Pavienės juodosios skylės sukelia panašų efektą, bet du atvaizdai nebūtinai atsiskiria vienas nuo kito – tolimas objektas tiesiog trumpam pašviesėja. Šaltinis: George Djorgovski, Caltech

Toks juodųjų skylių slaptumas gali sukelti šiek tiek nerimo. Šiuo metu žinome apie porą dešimčių juodųjų skylių, esančių dvinarėse sistemose. O, skaičiuodami pagal tai, kiek žvaigždžių yra Paukščių Take ir kiek jų turėjo sprogti supernovomis, galime nustatyti, jog juodųjų skylių mūsų Galaktikoje turėtų būti apie šimtą milijonų. Vadinasi, praktiškai visos egzistuojančios juodosios skylės mums yra nematomos.

Ar gali būti, kad kokia nors juodoji skylė yra arti Saulės sistemos ir jau tuojau tuojau praris mūsų Žemę? Tikimybė egzistuoja, bet labai menka. Tą tikimybę galime įvertinti statistiškai. Šimtas milijonų juodųjų skylių – didelis skaičius, bet žvaigždžių Paukščių Take yra apie tūkstantį kartų daugiau – šimtas milijardų. Taigi, tikėtina, kad vieną juodąją skylę rasime tokiame tūryje, kokiame rastume tūkstantį žvaigždžių. Tiek žvaigždžių priskaičiuojame sferoje, kurios spindulys siekia apie 14 parsekų – dešimt kartų daugiau, nei atstumas iki artimiausios žvaigždės Kentauro Proksimos. Tiesą sakant, artimiausia juodoji skylė turėtų būti dar toliau, nes Saulės aplinkoje jų tankis greičiausiai yra mažesnis, nei viena tūkstantoji žvaigždžių tankio. Taip yra todėl, kad juodosios skylės yra vidutiniškai masyvesnės už žvaigždes – vidutinė juodosios skylės masė yra arti dešimties Saulės masių, o žvaigždės vidutinė masė apytikriai lygi Saulės masei. Masyvūs objektai, laikui bėgant, artėja prie Galaktikos centro, taigi juodosios skylės turėtų po truputį kauptis ten, o Galaktikos pakraščiuose, kur esame ir mes, jų turėtų mažėti.

Dar vienas būdas įsitikinti, kad juodosios skylės vizito bijoti nereikia, yra žvaigždžių priartėjimo prie Saulės įvertinimas. Per pastaruosius kelis šimtus tūkstančių metų arčiausiai prie Saulės buvo priartėjusi Scholtz žvaigždė, kurią nuo Saulės skyrė maždaug ketvirtis parseko, arba 50 tūkstančių astronominių vienetų. Turint omeny, kad juodųjų skylių mūsų apylinkėse yra bent tūkstantį kartų mažiau, panašaus juodosios skylės priartėjimo reikėtų laukti bent šimtą milijonų metų. Bet net ir tiek priartėjusi juodoji skylė Žemei tiesiogiai nepakenks. Vienintelis galimas pavojus – juodosios skylės gravitacija gali ištampyti Saulės sistemą gaubiančio Oorto debesies objektų orbitas, ir dalis jų nulėks Saulės sistemos centro link, taigi kurį laiką išaugs kometų ar asteroidų smūgių pavojus.

Saulės sistemos schema logaritminėje skalėje. Atstumai pažymėti astronominiais vienetais – 1 AU lygus atstumui nuo Saulės iki Žemės. Oorto debesis gaubia Saulės sistemą, jo išorinis pakraštys nutolęs maždaug pusę atstumo iki Kentauro Alfos/Proksimos sistemos. Šaltinis: NASA/JPL

Saulės sistemos schema logaritminėje skalėje. Atstumai pažymėti astronominiais vienetais – 1 AU lygus atstumui nuo Saulės iki Žemės. Oorto debesis gaubia Saulės sistemą, jo išorinis pakraštys nutolęs maždaug pusę atstumo iki Kentauro Alfos/Proksimos sistemos. Šaltinis: NASA/JPL

Kita juodųjų skylių svorio kategorija – supermasyvios juodosios skylės. Jų masės matuojamos nuo kelių šimtų tūkstančių iki daugiau nei dešimties milijardų Saulės masių. Toks objektas net ir gerokai toliau nuo Žemės gali sukelti didžiulių nemalonumų – jei ne mūsų planetai tiesiogiai, tai visai Saulės sistemai apskritai. Bet ir jo bijoti nėra ko, nes supermasyvių juodųjų skylių padėtis žinome daug geriau.

Supermasyvios juodosios skylės randamos daugelio galaktikų centruose. Iš kur jos atsirado – nežinia; yra įvairių hipotezių, bet kol kas nei viena neatsako į visus klausimus. Bet mes gerai suprantame, kodėl jos egzistuoja būtent centruose. Kaip jau minėjau aukščiau, masyvūs objektai laikui bėgant migruoja į bet kokio gravitaciškai surišto telkinio – šiuo atveju galaktikos – centrą. Supermasyvi juodoji skylė yra masyviausias ilgaamžis objektas galaktikoje (kai kurie žvaigždėdaros regionai gali būti masyvesni, ypač Visatos jaunystėje, tačiau jie gyvuoja tik keliasdešimt milijonų metų, o tada išsibarsto), todėl, net jei ji gyvenimą pradėtų galaktikos pakraštyje, per kelis milijardus metų nukristų į centrą ir ten pasiliktų.

Mūsų galaktikoje – Paukščių Take – irgi yra supermasyvi juodoji skylė, vadinama Šaulio A*, kurios masė siekia 4,3 milijono Saulės masių. Atstumas iki jos – kiek daugiau nei aštuoni kiloparsekai, arba 27 tūkstančiai šviesmečių (kai kur atstumas nurodomas kiek mažesnis, 25 tūkstančiai šviesmečių – jis nėra išmatuotas labai tiksliai, todėl abu skaičiai pakliūna į paklaidų ribas). Jos gravitacija tikrai nedaro mums jokios pastebimos įtakos. Sekanti artimiausia supermasyvi juodoji skylė yra turbūt tik Andromedos galaktikoje, už 780 tūkstančių parsekų. Arčiau esančiose nykštukinėse galaktikose, kurios sukasi aplink Paukščių Taką kaip palydovės, supermasyvių juodųjų skylių greičiausiai nėra.

Paukščių Tako galaktikos centrinės dalies vaizdas rentgeno (mėlyna) ir infraraudonųjų (raudona ir geltona) bangų diapazone. Pačiame centre esančios supermasyvios juodosios skylės Šaulio A* spindesys matomas išdidintame vaizde. Šaltinis: NASA, Umass, STScI, D.Wang et al.

Taigi juodųjų skylių vizito tikrai nėra ko bijoti. Jei kada nors juodoji skylė ir pralėks pakankamai arti Žemės, kad jai pakenktų, tai mūsų čia arba jau nebebus, arba mokėsime savo planetą nuo tokio pavojaus apsaugoti.

Techo naujienos į Jūsų el. pašo dėžutę: