შავი ხვრელები

ასტროფიზიკოსების საერთაშორისო ჯგუფმა შავი ხვრელების მასების განაწილებაში თეორიულად პროგნოზირებული ხარვეზის არსებობის მყარი მტკიცებულება იპოვა.

ამის შესახებ იტყობინება ჟურნალ Nature-ში გამოქვეყნებულ პუბლიკაციაზე დაყრდნობით. აღმოჩენა ადასტურებს დიდი ხნის ჰიპოთეზებს, რომ გარკვეული მასის ვარსკვლავებს არ შეუძლიათ კომპაქტური ობიექტების დატოვება და ძლიერი თერმობირთვული აფეთქებების დროს საკუთარი თავის სრულად განადგურება.

„წყვილის არასტაბილურობის“ მექანიზმი

ვარსკვლავური ევოლუციის თანამედროვე თეორიების თანახმად, შავი ხვრელების მასის განაწილების ვარდნა 50-დან 130 მზის მასამდე უნდა არსებობდეს. ეს ფენომენი აიხსნება სუპერმასიური წინაპარი ვარსკვლავების (100-დან 260 მზის მასამდე) ბირთვში მიმდინარე პროცესებით. მათი სიცოცხლის ბოლოს, გამა სხივების ნაწილაკებთან ურთიერთქმედება წარმოქმნის ელექტრონ-პოზიტრონულ წყვილებს, რაც მკვეთრად ამცირებს გამოსხივების წნევას და იწვევს ბირთვის გრავიტაციულ კოლაფსს.

ეს პროცესი ორი ფაზიდან ერთ-ერთს იწყებს:

• სრული განადგურება: ძლიერი თერმობირთვული აფეთქება მთლიანად შლის ვარსკვლავის მატერიას და შავი ხვრელი აღარ რჩება.
• ციკლური მასის დაკარგვა: ვარსკვლავი გადის აფეთქებების სერიას, იცვლის თავის გარსს და საბოლოოდ ქმნის შავ ხვრელს „აკრძალული“ ზონის ქვედა საზღვართან ახლოს.

მონაცემთა ანალიზის ახალი მიდგომა

ტორონტოს უნივერსიტეტის მაია ფიშბახის ხელმძღვანელობით ჯგუფმა გააანალიზა LIGO, Virgo და KAGRA დეტექტორების მიერ დაფიქსირებული 153 შავი ხვრელის შერწყმის მოვლენა. ამ კვლევის მთავარი განსხვავება იყო მისი ფოკუსირება წყვილებში მეორადი (ნაკლებად მასიური) კომპონენტების მასებზე და არა პირველად (უფრო მძიმე) კომპონენტებზე. მეცნიერებმა გამოიყენეს ბაიესის იერარქიული მოდელირება ცრუ დადებითი შედეგების ალბათობის მინიმიზაციისთვის.

შედეგებმა აჩვენა, რომ მიუხედავად იმისა, რომ პირველადი შავი ხვრელების მასის განაწილება უწყვეტად გამოიყურება, მეორადი ობიექტებისთვის შეინიშნება მკაფიო წყვეტა. 90 პროცენტიანი ალბათობით, ამ უფსკრულის საზღვრები მდებარეობს 44 და 116 მზის მასაზე. ეს მნიშვნელობები თითქმის იდეალურად ემთხვევა წყვილ-არასტაბილური სუპერნოვების მათემატიკურ მოდელებს.

როტაცია, როგორც მინიშნება

თეორიის დამატებითი დადასტურება შავი ხვრელების სპინების (ბრუნვის სიჩქარის) ანალიზით გახდა შესაძლებელი. მკვლევრებმა აღმოაჩინეს, რომ ის ობიექტები, რომლებიც „აკრძალული“ მასის დიაპაზონში ხვდებიან, მნიშვნელოვნად სწრაფად ბრუნავენ, ვიდრე მათი თანამგზავრები. ეს მიუთითებს, რომ ასეთი მძიმე შავი ხვრელები არ არის ცალკეული ვარსკვლავების ევოლუციის პირდაპირი პროდუქტი, არამედ წარმოიშვა სხვა შავი ხვრელების ადრეული შერწყმის შედეგად.

NakedScience- ის ცნობით , Gaia-ს კოსმოსურმა ობსერვატორიამ ირმის ნახტომში უჩვეულო ფენომენი აღმოაჩინა: პალომარის 5-ვარსკვლავიანი ნაკადის ცენტრში შესაძლოა 100-ზე მეტი ვარსკვლავური მასის შავი ხვრელის გროვა იმალებოდეს

ამის შესახებ მკვლევარებმა განაცხადეს, რომლებმაც გალაქტიკის 3D რუკების მონაცემები გააანალიზეს. პალომარ 5 არის ვარსკვლავების ნაკადი, რომლის დიამეტრი 30 000 სინათლის წელია და დედამიწიდან დაახლოებით 80 000 სინათლის წლის დაშორებით მდებარეობს.

გლობულური გროვები, რომელთა შორისაცაა პალომარ 5, ადრეული სამყაროს „ნამარხებად“ ითვლება. როგორც წესი, მკვრივი და სფერული ფორმის, ისინი შეიცავენ 100 000-დან მილიონამდე უძველეს ვარსკვლავს და გვთავაზობენ ღირებულ ინფორმაციას გალაქტიკებისა და ბნელი მატერიის ისტორიის შესახებ. თუმცა, პალომარ 5 გამოირჩევა: მას აქვს ვარსკვლავების მწირი განაწილება და გრძელი მოქცევითი ნაკადი, რომელიც ციური სფეროს 20 გრადუსზე მეტს მოიცავს.

მოდელი, რომელმაც შეცვალა აღქმა

ბარსელონას უნივერსიტეტის ასტროფიზიკოსმა მარკ გილესმა განმარტა: „ჩვენ არ ვიცით, როგორ წარმოიქმნება ეს ნაკადები, მაგრამ ერთი მოსაზრება ისაა, რომ ისინი დარღვეული ვარსკვლავური გროვებია“. მეცნიერებმა ჩაატარეს დეტალური N-სხეულის სიმულაციები, გამოთვალეს თითოეული ვარსკვლავის ორბიტები და ევოლუცია. სიმულაციებში ასევე შედიოდა შავი ხვრელები, რადგან მათთან გრავიტაციული ურთიერთქმედება შეიძლება „გამოდევნოს“ ვარსკვლავები გროვიდან. შედეგი მოულოდნელი იყო. პალომარ 5-ში დღეს დაფიქსირებული სტრუქტურის მისაღებად, საჭიროა გაცილებით მეტი შავი ხვრელი, ვიდრე ადრე ეგონათ. გილესის თქმით, „შავი ხვრელების რაოდენობა დაახლოებით სამჯერ აღემატება მოსალოდნელს გროვაში ვარსკვლავების რაოდენობის მიხედვით, რაც ნიშნავს, რომ გროვის მთლიანი მასის 20 პროცენტზე მეტი შავი ხვრელებია“. ამ შავი ხვრელებისგან თითოეულს დაახლოებით 20 მზის მასის მასა აქვს და გროვის ისტორიის დასაწყისში სუპერნოვას აფეთქებების შედეგად ჩამოყალიბდა.

გროვის ბედი და შავი ხვრელების ძიება

მოდელები ვარაუდობენ, რომ დაახლოებით მილიარდ წელიწადში პალომარ 5 მთლიანად დაიშლება. საბოლოო გაქრობამდე, გალაქტიკის ცენტრის გარშემო მოძრავი შავი ხვრელების პრაქტიკულად „სუფთა“ გროვა დარჩება. ეს ნიშნავს, რომ მსგავსი ბედი შეიძლება სხვა გლობალურ გროვასაც ელის. კარდიფის უნივერსიტეტის ასტროფიზიკოსმა ფაბიო ანტონინიმ აღნიშნა: „ორობითი შავი ხვრელების შერწყმის უმეტესობა, სავარაუდოდ, ვარსკვლავურ გროვაში ხდება“. მთავარი პრობლემა ის არის, რომ ჩვენ პირდაპირ ვერ ვხედავთ თავად შავ ხვრელებს. ახალი მეთოდი საშუალებას გვაძლევს შევაფასოთ მათი რაოდენობა მათ მიერ გამოტყორცნილი ვარსკვლავების მიხედვით. ამრიგად, პალომარ 5 ხდება გასაღები იმის გასაგებად, თუ სად უნდა ვეძებოთ მომავალი შავი ხვრელების შეჯახებები და საშუალო მასის მქონე ობიექტების იშვიათი კლასი.

ნეიტრონული ვარსკვლავის მატერიის ერთი ჩაის კოვზი მილიარდობით ტონას იწონის. როდესაც ორი ასეთი ულტრამკვრივი ობიექტი ერთმანეთს ეჯახება, ისინი არა მხოლოდ ძლიერ გრავიტაციულ ტალღებს ქმნიან, არამედ მუდმივ ნაწიბურს ტოვებენ სივრცე-დროის ქსოვილში.

ცნობით მეცნიერთა საერთაშორისო ჯგუფის მიერ ჩატარებული კვლევა, რომელიც გამოქვეყნდა Physical Review Letters-ში, იკვლევს ე.წ. გრავიტაციული ტალღების მეხსიერების ეფექტს. ნეიტრონული ვარსკვლავები სუპერნოვას აფეთქების შემდეგ წარმოიქმნება. ეს კომპაქტური ობიექტები, რომელთა დიამეტრი დაახლოებით 20 კილომეტრია და მასა მზის მასაზე მეტია, შეიცავს მატერიას, რომელიც შეკუმშულია ზღვრამდე: ატომები ნადგურდება და მასალა თითქმის მთლიანად ნეიტრონებისგან შედგება. როდესაც ორი ასეთი ვარსკვლავი ერთმანეთს უახლოვდება, სისტემა იწყებს გრავიტაციული ტალღების გამოსხივებას, რომლებიც უკვე დაფიქსირებულია LIGO-სა და Virgo-ს დეტექტორების მიერ.

მეხსიერების ეფექტი: ტალღა, რომელიც არასდროს ქრება

როგორც წესი, გრავიტაციული ტალღა იჭიმება და იკუმშება სივრცე, რის შემდეგაც ყველაფერი უბრუნდება თავდაპირველ მდგომარეობას. თუმცა, აინშტაინის თეორია სხვა რამეს წინასწარმეტყველებს: ტალღის გავლის შემდეგ, შეიძლება დარჩეს მცირე, მაგრამ მუდმივი ცვლა. დეტექტორში ნაწილაკები ზუსტად არ ბრუნდებიან თავდაპირველ პოზიციებზე. ამ ნარჩენ კვალს მეხსიერების ეფექტი ეწოდება.

პირველი ასეთი გამოთვლები 1974 წელს იაკოვ ზელდოვიჩმა და ალექსანდრე პოლნარევმა ჩაატარეს. მოგვიანებით, დემეტრიოს ქრისტოდულუმ აჩვენა, რომ აინშტაინის განტოლებების არაწრფივობა ამ ეფექტს აძლიერებს. თანამედროვე კვლევამ წვლილის ახალი წყაროები დაამატა - ელექტრომაგნიტური გამოსხივება და ნეიტრინოების ნაკადი.

მაგნიტური ველები, ნეიტრინოები და სიგნალის 50 პროცენტი

ილინოისის უნივერსიტეტის, ათენის აკადემიის, ვალენსიის უნივერსიტეტისა და მონკლერის სახელმწიფო უნივერსიტეტის მეცნიერებმა მოდელირება გაუკეთეს სხვადასხვა მასის, მდგომარეობის განტოლებებისა და მაგნიტური ველის კონფიგურაციების მქონე ნეიტრონული ვარსკვლავების შერწყმას. თითოეული ფაქტორის წვლილის გასაგებად, მათ ცალ-ცალკე გაითვალისწინეს ნეიტრინოებისა და ბარიონული მატერიის გამოტყორცნა.

აღმოჩნდა, რომ მაგნიტური ველები, ნეიტრინოები და გამოტყორცნილი მატერია მთლიანი გრავიტაციული მეხსიერების 15-დან 50 პროცენტამდე შეადგენს. უფრო მეტიც, უფრო ძლიერი მაგნიტური ველი ყოველთვის არ ნიშნავს უფრო დიდ ეფექტს: ზოგიერთ შემთხვევაში, მაგნიტიზებულმა სისტემებმა უფრო მცირე წმინდა მეხსიერება აჩვენეს. შავი ხვრელებისგან განსხვავებით, ნეიტრონულ ვარსკვლავებს მთავარი შეჯახების შემდეგ მეხსიერების უფრო ხანგრძლივი დროის განმავლობაში დაგროვება შეუძლიათ.

ამ ეფექტის დაკვირვება ზოგადი ფარდობითობის მნიშვნელოვანი ტესტი იქნებოდა. მეხსიერების აღმოჩენა მოგვაწვდიდა ინფორმაციას ნეიტრონული ვარსკვლავის მასის, შინაგანი სტრუქტურისა და მაგნიტური ველის შესახებ. გრავიტაციული ტალღების დეტექტორები ეფექტურად შეძლებდნენ ულტრამკვრივი მატერიის შესწავლას, რომელიც ლაბორატორიული ექსპერიმენტებისთვის მიუწვდომელია. მიუხედავად იმისა, რომ ეს მხოლოდ პირველი ნაბიჯია, მეცნიერები იმედოვნებენ, რომ მომავალი დაკვირვებები სამყაროში ამ „ნაწიბურს“ გამოავლენს.

გამოქვეყნებული თანახმად , ინდოელმა ასტრონომებმა 53 ახალი გიგანტური რადიოკვაზარი აღმოაჩინეს.

ეს ობიექტები ასხივებენ პლაზმის ჭავლებს, რომელთა სიგრძე 7,2 მილიონ სინათლის წლამდეა — ჩვენი გალაქტიკის დიამეტრზე 68-ჯერ მეტი.

ათობით ირმის ნახტომის ზომის ჭავლები

კვაზარები აქტიური გალაქტიკური ბირთვებია, რომელთა ცენტრში შავი ხვრელებია. ისინი პლაზმის ნაკადებს თითქმის სინათლის სიჩქარით გამოტყორცნიან. მათი აღმოჩენა შესაძლებელი გახდა TGSS კვლევის წყალობით, რომელიც GMRT ტელესკოპმა ჩაატარა და ცის დაახლოებით 90% მოიცვა.

„ამ რადიოჟანათების ზომა შეუდარებელია ჩვენს გალაქტიკასთან“, ამბობს სუვიკ მანიკი და აღნიშნავს, რომ ჟანათების სიგრძე „ირმის ნახტომის დიამეტრზე 20-50-ჯერ მეტია“.

ასტრონომებმა შეისწავლეს ამ ჭავლების ასიმეტრია. სუშანტა კ. მონდალმა განმარტა: „ერთის მხრივ, ჭავლს შეუძლია შეეჯახოს მკვრივ ღრუბლებს, ხოლო მეორეს მხრივ, ის თავისუფლად ფართოვდება“. შორეული კვაზარები ავლენენ ყველაზე ძლიერ ასიმეტრიას.

გავლენა სამყაროზე

საბიასაჩი პალის თქმით, გიგანტური კვაზარები გვეხმარება მათი ევოლუციის გვიანი ეტაპების გაგებაში. მათი უზარმაზარი რადიოწილები საშუალებას გვაძლევს, უზარმაზარ დისტანციებზე გამოვიკვლიოთ მყიფე გალაქტიკათშორისი გაზი.

მეცნიერები თვლიან, რომ ასეთი დაკვირვებები ავლენს სუპერმასიურ შავ ხვრელებში მიმდინარე პროცესებს და გვეხმარება სამყაროს სტრუქტურის გაგებაში. ნაშრომი აჩვენებს, თუ როგორ მოქმედებს კვაზარები გალაქტიკების ზრდასა და სიკვდილზე.