Орчин үеийн эрдэмтдийн хувьд хар нүх бол манай орчлон ертөнцийн хамгийн нууцлаг үзэгдлүүдийн нэг юм. Ийм объектыг судлах нь хэцүү байдаг тул тэдгээрийг "туршлагад" туршиж үзэх боломжгүй юм. Хар нүхний бодисын масс, нягтрал, энэ объект үүсэх үйл явц, хэмжээсүүд - энэ бүхэн мэргэжилтнүүдийн сонирхлыг өдөөж, заримдаа эргэлзээ төрүүлдэг. Сэдвийг илүү нарийвчлан авч үзье. Эхлээд ийм объект гэж юу болох талаар дүн шинжилгээ хийцгээе.
Ерөнхий мэдээлэл
Сансар огторгуйн биетийн гайхалтай онцлог нь жижиг радиус, өндөр нягт хар нүхний бодис, гайхалтай том массын хослол юм. Ийм объектын одоо мэдэгдэж байгаа бүх физик шинж чанарууд нь эрдэмтдэд хачирхалтай санагддаг, ихэнхдээ тайлбарлагддаггүй. Хамгийн туршлагатай астрофизикчид хүртэл ийм үзэгдлийн онцлогийг гайхшруулсан хэвээр байна. Эрдэмтэд хар нүхийг тодорхойлох боломжийг олгодог гол онцлог нь үйл явдлын давхрага, өөрөөр хэлбэл үүнээс үүдэлтэй хил хязгаар юм.гэрэл зэрэг юу ч эргэж ирдэггүй. Хэрэв бүсийг бүрмөсөн тусгаарласан бол тусгаарлах хилийг үйл явдлын давхрагын бүс гэж тодорхойлно. Түр зуурын тусгаарлалтаар харагдахуйц давхрага байгаа эсэхийг тогтооно. Заримдаа түр зуурын гэдэг нь маш сул ойлголт юм, өөрөөр хэлбэл, тухайн бүс нутаг нь орчлон ертөнцийн одоогийн наснаас хэтэрсэн хугацаанд тусгаарлагдсан байж болно. Удаан хугацааны туршид харагдахуйц тэнгэрийн хаяа байгаа бол түүнийг үйл явдлын давхрагаас ялгахад хэцүү.
Хар нүхний шинж чанар, түүнийг бүрдүүлдэг бодисын нягт нь олон талаараа манай дэлхийн хууль тогтоомжид үйлчилдэг физикийн бусад чанаруудтай холбоотой байдаг. Бөмбөрцөг тэгш хэмтэй хар нүхний үйл явдлын давхрага нь диаметр нь түүний массаар тодорхойлогддог бөмбөрцөг юм. Илүү их массыг дотогшоо татах тусам нүх нь том болно. Гэсэн хэдий ч таталцлын даралт нь доторх бүх зүйлийг шахдаг тул оддын дэвсгэр дээр гайхалтай жижиг хэвээр байна. Хэрэв бид масс нь манай гаригтай тохирч байгаа нүхийг төсөөлвөл ийм объектын радиус хэдхэн миллиметрээс хэтрэхгүй, өөрөөр хэлбэл дэлхийгээс арван тэрбумаар бага байх болно. Эйнштейний харьцангуйн ерөнхий онолын шийдэл болох хар нүхийг анх гаргасан эрдэмтэн Шварцшильдын нэрээр радиусыг нэрлэжээ.
Бас дотор нь юу?
Ийм зүйлд орсны дараа хүн өөртөө асар их нягтралыг анзаарах нь юу л бол. Хар нүхний шинж чанарууд юу болохыг баттай сайн ойлгоогүй ч тэнгэрийн хаяаг гатлахад онцгой зүйл илчлэгдэхгүй гэж эрдэмтэд үзэж байна. Үүнийг ижил төстэй Эйнштейний тайлбараар тайлбарлавАжиглагчийн хувьд давхрагын муруйлт ба хавтгайд хамаарах хурдатгал үүсгэдэг талбар яагаад ялгаатай байдаггүйг тайлбарласан зарчим. Хөндлөн гарах үйл явцыг алсаас ажиглах үед энэ газарт цаг хугацаа аажмаар өнгөрч байгаа мэт объект тэнгэрийн хаяанд ойрхон удааширч байгааг харж болно. Хэсэг хугацааны дараа объект тэнгэрийн хаяаг хөндлөн гарч, Шварцшильд радиус руу унана.
Хар нүхэн дэх бодисын нягт, объектын масс, түүний хэмжээс ба түрлэгийн хүч, таталцлын орон нь хоорондоо нягт холбоотой. Радиус том байх тусам нягтрал бага байна. Радиус нь жин нэмэгдэх тусам нэмэгддэг. Түрлэгийн хүч нь квадрат жинтэй урвуу хамааралтай, өөрөөр хэлбэл хэмжээс нэмэгдэж, нягтрал буурах тусам объектын түрлэгийн хүч буурдаг. Хэрэв объектын масс маш том бол энэ баримтыг анзаарахаас өмнө тэнгэрийн хаяаг даван туулах боломжтой болно. Харьцангуйн ерөнхий онолын эхэн үед тэнгэрийн хаяанд онцгой зүйл байдаг гэж үздэг байсан ч тийм биш болсон.
Нягтын тухай
Судалгаанаас харахад хар нүхний нягт нь массаас хамааран их эсвэл бага байж болно. Өөр өөр объектуудын хувьд энэ үзүүлэлт өөр өөр байдаг ч радиус нэмэгдэх тусам үргэлж буурдаг. Материалын хуримтлалаас болж өргөн цар хүрээтэй хэлбэрээр үүсдэг хэт том нүхнүүд гарч ирж болно. Дунджаар масс нь манай систем дэх хэдэн тэрбум гэрэлтүүлэгчийн нийт масстай тохирч байгаа ийм объектын нягт нь усны нягтаас бага байна. Заримдаа энэ нь хийн нягтын түвшинтэй харьцуулж болно. Энэ объектын түрлэгийн хүч нь ажиглагч тэнгэрийн хаяаг хөндлөн гарсны дараа аль хэдийн идэвхждэгүйл явдал. Таамагласан судлаач тэнгэрийн хаяанд ойртоход ямар ч хор хөнөөлгүй бөгөөд дискний плазмаас хамгаалалт олж авбал олон мянган километрийн зайд унах болно. Ажиглагч эргэж харахгүй бол тэнгэрийн хаяа огтлолцсоныг анзаарахгүй, толгойгоо эргүүлбэл тэнгэрийн хаяанд хөлдсөн гэрлийн туяа харагдах болно. Ажиглагчийн цаг маш удаан урсах бөгөөд тэрээр үхэх мөч хүртэл нүхний ойролцоох үйл явдлуудыг хянах боломжтой болно - түүнийг эсвэл орчлон ертөнц.
Хэт масстай хар нүхний нягтыг тодорхойлохын тулд түүний массыг мэдэх хэрэгтэй. Энэ хэмжигдэхүүн болон сансрын биетэд хамаарах Шварцшильд эзлэхүүний утгыг ол. Дунджаар ийм үзүүлэлт нь астрофизикчдийн үзэж байгаагаар маш бага байдаг. Тохиолдлын гайхалтай хувь нь агаарын нягтын түвшнээс бага байдаг. Энэ үзэгдлийг дараах байдлаар тайлбарлав. Шварцшильдын радиус нь жингээс шууд хамааралтай байдаг бол нягт нь эзэлхүүнтэй урвуу хамааралтай, улмаар Шварцшильдын радиус юм. Эзлэхүүн нь куб радиустай шууд холбоотой. Масс шугаман байдлаар нэмэгддэг. Үүний дагуу эзэлхүүн нь жингээсээ хурдан өсч, дундаж нягтрал багасч, судалж буй объектын радиус томрох болно.
Мэдмээр байна
Нүхэнд агуулагдах түрлэгийн хүч нь таталцлын хүчний градиент бөгөөд тэнгэрийн хаяанд нэлээд том байдаг тул фотонууд ч эндээс зугтаж чадахгүй. Үүний зэрэгцээ параметрийн өсөлт нь нэлээд жигд явагддаг бөгөөд энэ нь ажиглагчийг өөртөө эрсдэлгүйгээр давж гарах боломжийг олгодог.
Хар нүхний нягтын судалгааобъектын төв нь харьцангуй хязгаарлагдмал хэвээр байна. Астрофизикчид төвийн өвөрмөц байдал ойртох тусам нягтын түвшин өндөр болохыг тогтоожээ. Өмнө дурьдсан тооцооллын механизм нь юу болж байгаа талаар маш дундаж ойлголттой болох боломжийг олгодог.
Эрдэмтэд нүхэнд юу болж байгаа, түүний бүтцийн талаархи санаа маш хязгаарлагдмал байдаг. Астрофизикчдийн үзэж байгаагаар нүхний нягтын тархалт нь гадны ажиглагчийн хувьд, ядаж одоогийн түвшинд тийм ч чухал биш юм. Таталцал, жингийн талаархи илүү мэдээлэлтэй тодорхойлолт. Масс их байх тусам төв, давхрага нь бие биенээсээ тусгаарлагдана. Ийм таамаглалууд бас байдаг: тэнгэрийн хаяагаас цааш матери зарчмын хувьд байхгүй, зөвхөн объектын гүнд л илрэх боломжтой.
Мэдэгдэж байгаа тоо байна уу?
Эрдэмтэд хар нүхний нягтын талаар удаан хугацааны турш бодож байсан. Тодорхой судалгаа хийж, тооцоолох оролдлого хийсэн. Тэдний нэг нь энд байна.
Нарны масс 210^30 кг. Нарнаас хэд дахин том объект байгаа газарт нүх үүсч болно. Хамгийн хөнгөн нүхний нягтыг дунджаар 10^18 кг/м3 гэж тооцоолсон. Энэ нь атомын цөмийн нягтаас их хэмжээний дараалал юм. Нейтрон одны дундаж нягтын түвшний шинж чанараас ойролцоогоор ижил зөрүү.
Хэмжээ нь дэд цөмийн тоосонцортой тохирч байгаа хэт хөнгөн нүхнүүд байх боломжтой. Ийм объектын хувьд нягтын индекс хэт их байх болно.
Хэрэв манай гараг нүх болвол түүний нягт нь ойролцоогоор 210^30 кг/м3 болно. Гэсэн хэдий ч эрдэмтэд үүнийг хийж чадаагүй байнаҮүний үр дүнд манай сансрын байшин хар нүх болж хувирах үйл явцыг илчлээрэй.
Тоонуудын талаар дэлгэрэнгүй
Сүүн замын төвд байрлах хар нүхний нягтыг 1.1 сая кг/м3 гэж тооцоолсон. Энэ объектын масс нь 4 сая нарны масстай тохирч байна. Нүхний радиусыг 12 сая км гэж тооцдог. Сүүн замын төвд байрлах хар нүхний заасан нягт нь асар том нүхнүүдийн физик үзүүлэлтүүдийн талаарх ойлголтыг өгдөг.
Хэрэв зарим объектын жин 10^38 кг бол, өөрөөр хэлбэл, ойролцоогоор 100 сая Нар гэж тооцоолсон бол одон орны биетийн нягт нь манай гариг дээрх боржингийн нягтын түвшинтэй тохирно.
Орчин үеийн астрофизикчдийн мэддэг бүх нүхнүүдийн дотроос хамгийн хүнд нүхнүүдийн нэг нь OJ 287 квазараас олдсон байна. Түүний жин нь манай системийн 18 тэрбум гэрэлтүүлэгчтэй таарч байна. Хар нүхний нягт ямар байдгийг эрдэмтэд төвөггүй тооцоолжээ. Үнэ цэнэ нь бүрмөсөн бага болж хувирав. Энэ нь ердөө 60 г/м3 байна. Харьцуулбал: манай гаригийн агаар мандлын агаарын нягт нь 1.29 мг/м3.
Нүх хаанаас гардаг вэ?
Эрдэмтэд хар нүхний нягтыг манай системийн од болон бусад сансрын биетүүдтэй харьцуулан тодорхойлох судалгаа хийгээд зогсохгүй нүхнүүд хаанаас гардаг, ийм нүх үүсэх механизм нь юу болохыг тодорхойлохыг оролдсон. нууцлаг объектууд. Одоо цоорхой харагдах дөрвөн аргын санаа бий. Хамгийн ойлгомжтой сонголт бол одны сүйрэл юм. Энэ нь том болоход цөм дэх синтез дуусч,даралт алга болж, бодис хүндийн төв рүү унадаг тул нүх гарч ирнэ. Төв рүү ойртох тусам нягтрал нэмэгддэг. Эрт орой хэзээ нэгэн цагт индикатор нь маш их ач холбогдолтой болж, гадны биетүүд таталцлын нөлөөг даван туулах чадваргүй болдог. Энэ мөчөөс эхлэн шинэ нүх гарч ирнэ. Энэ төрөл нь бусадтай харьцуулахад илүү түгээмэл бөгөөд нарны массын нүх гэж нэрлэгддэг.
Нүхний нэлээд түгээмэл өөр нэг төрөл бол хэт том нүх юм. Эдгээр нь галактикийн төвүүдэд илүү ажиглагддаг. Дээр дурдсан нарны массын нүхтэй харьцуулахад объектын масс хэдэн тэрбум дахин их байна. Эрдэмтэд ийм объектын илрэлийн үйл явцыг хараахан тогтоогоогүй байна. Дээр дурдсан механизмын дагуу эхлээд нүх үүсч, дараа нь хөрш одод шингэж, өсөлтөд хүргэдэг гэж үздэг. Хэрэв галактикийн бүсэд хүн ам шигүү суурьшсан бол энэ нь боломжтой юм. Бодисын шингээлт нь дээрх схемийн тайлбарлаж чадахаас хурдан явагддаг ба шингээлт хэрхэн явагддагийг эрдэмтэд хараахан тааж чадахгүй байна.
Таамаглал ба санаанууд
Астрофизикчдийн хувьд маш хэцүү сэдэв бол анхдагч нүхнүүд юм. Ийм, магадгүй ямар ч массаас гарч ирдэг. Тэд их хэмжээний хэлбэлзэлтэй байж болно. Магадгүй ийм нүхний харагдах байдал нь Орчлон ертөнцийн эхэн үед тохиолдсон байх. Одоогийн байдлаар хар нүхний чанар, шинж чанар (нягтралыг оруулаад), тэдгээрийн харагдах үйл явц зэрэгт зориулсан судалгаанууд нь анхдагч нүхний харагдах үйл явцыг үнэн зөвөөр хуулбарлах загварыг тодорхойлох боломжийг бидэнд олгодоггүй. Одоогоор мэдэгдэж байгаа загварууд нь дийлэнх нь бодит байдал дээр хэрэгжсэн болхэтэрхий олон нүх байх болно.
Том адрон коллайдер нь Хиггсийн бозонтой таарч байгаа нүх үүсэх эх үүсвэр болж чадна гэж бодъё. Үүний дагуу хар нүхний нягт маш том байх болно. Хэрэв ийм онол батлагдсан бол нэмэлт хэмжээс байгаа эсэхийг шууд бус нотолгоо гэж үзэж болно. Одоогоор энэхүү таамаг дүгнэлт хараахан батлагдаагүй байна.
Нүхнээс гарсан цацраг
Нүхний ялгаралт нь материйн квант нөлөөгөөр тайлбарлагддаг. Орон зай нь динамик учраас энд байгаа бөөмс нь бидний дассан зүйлээс огт өөр юм. Нүхний ойролцоо зөвхөн цаг хугацаа гажуудсангүй; бөөмийн тухай ойлголт нь түүнийг ажиглаж буй хүнээс ихээхэн хамаардаг. Хэрэв хэн нэгэн нүхэнд унавал тэр вакуум руу орж байгаа мэт санагддаг бөгөөд алсын ажиглагчийн хувьд энэ нь бөөмсөөр дүүрсэн бүс мэт харагдана. Үр нөлөө нь цаг хугацаа, орон зайн суналтаар тайлбарлагддаг. Нүхнээс гарсан цацрагийг анх Хокинг тодорхойлж, уг үзэгдэлд нэр өгсөн байна. Цацраг нь масстай урвуу хамааралтай температуртай байдаг. Астрономийн объектын жин бага байх тусам температур өндөр (мөн хар нүхний нягт) болно. Хэрэв нүх нь хэт их масстай эсвэл одтой харьцуулах масстай бол түүний цацрагийн өвөрмөц температур нь богино долгионы дэвсгэрээс бага байх болно. Үүнээс болоод түүнийг ажиглах боломжгүй.
Энэ цацраг нь өгөгдлийн алдагдлыг тайлбарлаж байна. Энэ бол нэг онцлог шинж чанартай дулааны үзэгдлийн нэр юм - температур. Судалгааны явцад нүх үүсэх үйл явцын талаар мэдээлэл байхгүй боловч ийм цацраг ялгаруулдаг объект нэгэн зэрэг массаа алддаг (тиймээс өсдөг.хар нүхний нягтрал) багасна. Процесс нь нүх үүссэн бодисоор тодорхойлогддоггүй, дараа нь түүнд юу шингэсэнээс хамаардаггүй. Нүхний суурь нь юу болсныг эрдэмтэд хэлж чадахгүй байна. Түүгээр ч зогсохгүй цацраг нь эргэлт буцалтгүй, өөрөөр хэлбэл квант механикт оршин тогтнох боломжгүй үйл явц гэдгийг судалгаагаар тогтоосон. Энэ нь цацрагийг квант онолтой нэгтгэх боломжгүй гэсэн үг бөгөөд зөрчилдөөн нь энэ чиглэлд цаашид ажиллах шаардлагатай байна. Эрдэмтэд Хокингийн цацраг нь мэдээлэл агуулсан байх ёстой гэж үзэж байгаа ч бидэнд үүнийг илрүүлэх арга хэрэгсэл, чадвар хараахан алга.
Сониуч: нейтрон оддын тухай
Хэрэв хэт аварга биет байдаг бол ийм одон орны бие мөнх гэсэн үг биш. Цаг хугацаа өнгөрөхөд энэ нь өөрчлөгдөж, гаднах давхаргыг хаядаг. Үлдэгдэл дундаас цагаан одойнууд гарч ирж магадгүй юм. Хоёр дахь сонголт бол нейтрон од юм. Тодорхой үйл явц нь анхдагч биеийн цөмийн массаар тодорхойлогддог. Хэрэв энэ нь 1.4-3 нарны зайд тооцогддог бол супер аварга биетийг устгах нь маш өндөр даралт дагалддаг бөгөөд үүнээс болж электронууд протонуудад дарагдсан байдаг. Энэ нь нейтрон үүсэх, нейтрино ялгаруулахад хүргэдэг. Физикийн хувьд үүнийг нейтроны доройтлын хий гэж нэрлэдэг. Түүний даралт нь од цаашид агших боломжгүй юм.
Гэхдээ судалгаагаар бүх нейтрон одод ийм байдлаар гарч ирээгүй байх магадлалтай. Тэдний зарим нь хоёр дахь супернова шиг дэлбэрч байсан том биетүүдийн үлдэгдэл юм.
Томын биеийн радиусилүү массаас бага. Ихэнх хүмүүсийн хувьд энэ нь 10-100 км-ийн хооронд хэлбэлздэг. Хар нүх, нейтрон оддын нягтыг тодорхойлох судалгаа хийсэн. Хоёр дахь нь, туршилтаас харахад параметр нь атомынхтай харьцангуй ойролцоо байна. Астрофизикчдийн тогтоосон тодорхой тоо: 10^10 г/см3.
Мэдмээр байна: онол ба практик
Нейтрон оддыг өнгөрсөн зууны 60-70-аад онд онолын хувьд урьдчилан таамаглаж байсан. Пульсарыг анх нээсэн. Эдгээр нь жижиг одод бөгөөд эргэлтийн хурд нь маш өндөр бөгөөд соронзон орон нь үнэхээр агуу юм. Пульсар нь эдгээр параметрүүдийг анхны одноос өвлөн авдаг гэж үздэг. Эргэлтийн хугацаа нь миллисекундээс хэдэн секундын хооронд хэлбэлздэг. Анхны мэдэгдэж буй пульсарууд нь үе үе радио ялгаруулдаг байв. Өнөөдөр рентген туяа, гамма цацраг бүхий пульсарууд мэдэгдэж байна.
Нейтрон од үүсэх тухай тайлбарласан үйл явц үргэлжлэх боломжтой - үүнийг юу ч зогсоож чадахгүй. Хэрэв цөмийн масс нь гурваас дээш нарны масстай бол цэгэн бие нь маш нягт бөгөөд үүнийг нүх гэж нэрлэдэг. Критик хэмжээнээс их масстай хар нүхний шинж чанарыг тодорхойлох боломжгүй болно. Хэрэв Хокингийн цацрагийн улмаас массын нэг хэсэг алдвал радиус нэгэн зэрэг буурах тул жингийн утга дахин энэ объектын эгзэгтэй утгаас бага байх болно.
Нүх үхэж болох уу?
Эрдэмтэд бөөмс болон эсрэг бөөмсийн оролцоотойгоор үйл явц байдаг гэсэн таамаглал дэвшүүлсэн. Элементүүдийн хэлбэлзэл нь хоосон орон зайг тодорхойлоход хүргэдэгтэг энергийн түвшин, энэ нь (энд парадокс байна!) тэгтэй тэнцүү биш байх болно. Үүний зэрэгцээ, бие махбодид хамаарах үйл явдлын давхрага нь үнэмлэхүй хар биед хамаарах бага энергийн спектрийг хүлээн авах болно. Ийм цацраг нь массын алдагдалд хүргэдэг. Тэнгэрийн хаяа бага зэрэг хумих болно. Хоёр хос бөөмс ба түүний антагонист байна гэж бодъё. Нэг хосоос бөөмс, нөгөө хосоос түүний антагонист устаж үгүй болдог. Үүний үр дүнд нүхнээс гарч буй фотонууд байдаг. Санал болгож буй хоёр дахь хос бөөмс нь нүхэнд унаж, тодорхой хэмжээний масс, энергийг нэгэн зэрэг шингээдэг. Энэ нь аажмаар хар нүхний үхэлд хүргэдэг.
Дүгнэлтээр
Зарим хүмүүсийн үзэж байгаагаар хар нүх бол нэг төрлийн сансрын тоос сорогч юм. Нүх нь оддыг залгиж чаддаг, бүр галактикийг "идэж" чаддаг. Харьцангуйн онолоос нүхний шинж чанар, түүний үүсэх шинж чанаруудын тайлбарыг олон талаар олж болно. Үүнээс үзэхэд цаг хугацаа үргэлжилдэг, түүнчлэн орон зай. Энэ нь шахалтын процессыг яагаад зогсоох боломжгүй, тэдгээр нь хязгааргүй бөгөөд хязгааргүй гэдгийг тайлбарлаж байна.
Эдгээр нь астрофизикчид арав гаруй жилийн турш тархи толгойгоо гашилгаж байгаа эдгээр нууцлаг хар нүхнүүд юм.
