JM Free Ebooks - шаблон joomla Форекс
Чоршанбе, 05 Августи 2020 11:14

Вартаи сиёҳ – пайдоиш ва намудҳои он

Муаллиф: Ш.Ш. Шоёқубов, Қ. Ботуров, Д.К. Аюбов.

   1. Вартаи сиёҳ (Чёрная дыра)

  Вартаи сиёҳ ин ҷоест дар фазо ва вақт, ки аз сабаби фавқулодда зиёд будани таъсири қувваи ҷозибаи он чизе аз он баромада наметавонад, ҳатто рӯшноӣ, ки суръати он ба 300 000 км/с баробар аст. Сарҳади вартаи сиёҳро уфуқи воқеъа меноманд. Радиуси онро радиуси ҷозибавӣ ё радиуси Швартсшилд меноманд.

  Ҳануз дар асри XIX олими франсуз Пйер Лаплас як ақидаи ҷолибе пешниҳод кард, ки он чунин аст: ситораҳои бузургмассае дар кайҳон мавҷуданд, ки аз қувваи кашиши зиёдашон ҳатто рӯшноӣ аз сатҳи  онҳо баромада наметавонад. Муҳокимаи ақидаи Лаплас дар ин бора хеле сода аст. Барои он, ки аз сатҳи дилхоҳ ҷирми кайҳонӣ баромада ба кайҳон парвоз кунем, онгоҳ ба мо вобаста ба массаи он ҷирм суръати дуюми кайҳонӣ лозим аст. Масалан барои Замин суръати дуюми кайҳонӣ ба 11,2 км/с ва барои Офтоб ба 600 км/с баробар аст. Танҳо бо суръати дуюми кайҳонӣ аз Замин ба дигар сайёраҳои Низоми офтобӣ рафтан имкон дорад. Фикран агар ситорае, масалан Офтоб ба тарафи марказ чи қадар фишурда шудан гирад, онгоҳ дар баробари фишурдашавӣ дар сатҳи он қимати суръати дуюми кайҳонӣ низ афзудан мегирад. Пас аз муддати вақти муайяне лаҳзае фаро мерасад, ки суръати дуюми кайҳонии ҷирми фишурдашуда ба суръати рӯшноӣ, ки тақрибан  300 000 км/с аст  баробар мешавад. Аз сабаби баромада натавонистани рӯшноӣ аз сатҳи чунин ҷирм он ба ҷирми сиёҳ табдил ёфта, ба чашми мо нонамоён мешавад.

  Мафҳуми Вартаи сиёҳ (Чёрная дыра) дар солҳои 60 – уми асри ХХ ба миён омад. То воқеъияти ошкор шудани ин  объектҳо олимон хеле дар изтироб буданд.

  Ақидаи Лаплас онқадар саҳеҳ набуд, зеро он бо механикаи Нютон такя мекард. Аммо хулосаи асосӣ дар бораи он, ки ҷисми курашакли фишурдашуда ҳангоми фишуриш ба радиуси ниҳоӣ соҳиб шуда, ба вартаи сиёҳ мубаддал мешавад, дуруст аст.

  Тасдиқи мавҷудияти вартаи сиёҳ ба воситаи  назарияи умумии нисбияти  Эйнштейн исбот ва асоснок карда шуд. Дар ҳақиқат, соли 1916 астрономи олмонӣ Карл Швартсшилд (1873 - 1916) бо истифода аз формулаҳои назарияи умумии нисбият ба таври назариявӣ имконияти мавҷудияти объектҳои дорои майдони ҷозибаи бузургдоштаро  тасдиқ кард.

   2. Пайдоиши Вартаҳои сиёҳ

  Мувофиқи тасаввуротҳои ҳозира ситораҳое, ки массаи аввалаашон нисбат ба массаи Офтоб 10 – 20 маротиба зиёд аст, дар охири умрашон ба вартаи сиёҳ табдил меёбанд. Хотирнишон мекунем, ки массаи Офтоб аз массаи Замин 333 000 маротиба зиёд аст. Вақте, ки захираи гидроген (Н) дар маркази ситора зиёд аст, он тӯли миллиардҳо сол фаъолона ба фазо нурпошӣ мекунад. Нурпошӣ ва тавлиди энергияи гармӣ дар ситораҳо ин асосан аз ҳисоби реаксияҳои термоядроие мебошад, ки моддаи гидрогенӣ ба гелӣ табдил меёбад. Энергияи гармии ҷудошуда аз ҳисоби реаксияҳои термоядроӣ фишори мувофиқеро ба вуҷуд меорад, ки он ба қувваи кашиши ситораро, ки моддаи ситораро ба марказ мекашад, баробар мешавад. Чун қувваи кашиш ва қувваи фишори рӯшноӣ дар ситора дар мувозинатанд, андозаи ситора то вақти муайян бетағйир мемонад. Агар яке аз қувваҳо, яъне қувваи вазнинии ситора ё қувваи фишори рӯшноии ситора кам ё зиёд шавад, онгоҳ мувозинат вайрон шуда, ситораро аз байн мебарад.

  Вақте, ки ситора тамоми захираҳои энергетикиашро коркард мекунад, аз фаъолият мемонад ва дигар энергияи гармӣ ҳосил намекунад. Фишори рӯшноие, аз ҳисоби энергияи гармии ҳосилкардаи ситора ба вуҷуд меомаду ситораро дар ҳолати устувор нигоҳ медошт, аз байн меравад. Дар ин маврид дар маркази ситора қувваи вазнинӣ ва ҷозиба ғолиб меояд,  ки он боиси фишурдашавии ситора мегардад. Бо ҳарчӣ бештар фишурдашавии ситора қувваи вазнинӣ дар сатҳи он афзуда, суръати кандашавӣ аз сатҳи ситора низ зиёд шудан мегирад.  Вақте, ки андозаи  ситора то 30 км хурд мешавад, суръати кандашавӣ аз сатҳи он ба суръати рӯшноӣ,  яъне ба 300 000 км/с  баробар мешавад. Мувофиқи назарияи нисбияти Эйнштейн, ягон ҷисм ё модда бештар аз суръати рӯшноӣ ҳаракат карда наметавонад. Агар рӯшноӣ бо чунин суръат аз он канда шуда натавонад, пас дигар ягон навъи модда канда шуда наметавонад. Дар ҳамин вақт ситора ба назар нонамоён шуда, ба вартаи сиёҳ (чёрная дыра) мубаддал мешавад.

  Чи тавре, ки дар боло зикр шуд, сарҳади вартаи сиёҳро уфуқи воқеъа, радиуси ҷозибавӣ ё радиуси Швартсшилд меноманд. Ба таври оддӣ гӯем, радиуси вартаи сиёҳро радиуси ҷозибавӣ ё радиуси Швартсшильд меноманд. Радиуси Швартсшилд, ки радиуси вартаи сиёҳро ифода мекунад, ба воситаи формулаи зерин муайян карда мешавад:

Дар инҷо G – доимии ҷозиба, М – массаи ҷисми ба вартаи сиёҳ мубаддалшаванда, с – суръати рӯшноӣ ва қg - радиуси ҷозибавӣ ё радиуси Швартсшилд мебошад.

  Мувофиқи ин формула, радиуси ҷозибавӣ барои вартаи сиёҳе, ки массааш баробари массаи Замин аст, ба 9 мм баробар аст. Яъне агар Замини мо бо чунин масса ва андозааш то дараҷае фишурда шавад, ки радиусаш  ба 9 мм баробар шавад, онгоҳ вай ба вартаи сиёҳ табдил меёбад. Радиуси ҷозибавӣ барои Офтоб тақрибан ба 3 км баробар аст.

  Бо зиёд шудани массаи вартаи сиёҳ зичии миёнаи он кам мешавад. Масалан, агар вартаи сиёҳе, ки массаи Офтобро дорад, зичиаш ба зичии ядрои баробар аст. Зичии ядроӣ ба 1017г/см3 баробар мебошад. Вартаи сиёҳе, ки массааш ба миллиард массаи Офтоб баробар аст, зичиаш ҳамагӣ  20 кг/м³ - ро  ташкил медиҳад, он аз зичии об хеле хурд аст.

Намудҳои вартаи сиёҳ

1. Вартаҳои сиёҳро вобаста массашон ба навъҳои гуногун ҷудо мекунанд.  Массаи онҳоро ба нисбати массаи Офтоб чен мекунанд.

2. Вартаҳои сиёҳи бузургмасса, ки массаашон аз якчанд миллион то якчанд миллиард массаи Офтоб мебошад. Чунин вартаҳои сиёҳи бузургмасса дар маркази галактикаҳои эллипсшакл қарор доранд.

3. Вартаҳои сиёҳи миёнамасса, ки массаашон то ба ду миллион массаи Офтоб баробар аст.

4. Вартаҳои сиёҳе, ки онҳо массаи ситоравиро дороянд. Массаи онҳо дар ҳудуди аз 4 то 30 массаи Офтоб мехобад. Чунин вартаҳои сиёҳ ҳангоми фишурдашавии ситораҳои азим ба вуҷуд меоянд.

  Вартаҳои сиёҳи бузургмасса дар кайҳони ибтидоӣ, ки дар он вақт зичии моддаҳои кайҳонӣ нисбати ҳозирааш зиёд буд пайдо шуданд. Албатта дар он вақт моддаҳо дар кайҳон ба таври ғайриякҷинса паҳн шуда буданд. Яъне дар Кайҳон ҷойҳое буданд, ки зичии модда дар онҷо нисбат ба дигар ҷойҳои Кайҳон  хеле зиёд буд. Маҳз дар натиҷаи фишурдашавии моддаи зичиаш зиёд дар ҳамон вақт вартаҳои сиёҳи бузургмасса пайдо шуданд. Вартаҳои сиёҳи бузургмассаро вартаҳои сиёҳи ибтидоӣ меноманд, зеро онҳо дар ибтидои пайдоиши Кайҳон пайдо шудаанд. Вартаҳои сиёҳи бузургмасса асосан дар маркази Галактикаҳо қарор доранд.

                                             

3. Афканиш ва «бухоршавии» вартаҳои сиёҳ

Вартаҳои сиёҳ ғайр аз он, ки моддаҳои атрофашонро фурӯ мебаранд, боз зарра ҳам меафкананд. Ба чунин хулоса соли 1974 ду олими рус Я.Б. Зельдович,  А.А.Старобинович ва баъдтар соли 1975 физики амрикоӣ Стивен Хокинг омаданд. Стивен Хокинг рафтори майдонҳои квантиро дар наздикии вартаи сиёҳ омӯхта, ба хулоса омад, ки вартаҳои сиёҳ ба фазои беруна афканиши заррагӣ мекунанд, ки ин афканиш боиси  кам шудани массаи онҳо мегардад. Афканиши вартаи сиёҳро дар астрономия афканиши Хокинг меноманд.

  Механизми афканиши вартаи сиёҳро   чунин шарҳ медиҳанд: Сарчашмаи афканишоти вартаи сиёҳ ин раванди ба вуҷудоии ҷуфти зарраҳои виртуалии зарра – антизарра дар вакуум мебошад. Дар майдонҳои суст ин ҷуфти зарраҳо чунон ҳамдигарро аннигилясия (просесси бархӯрди зарра ва антизарраро,ки ҳангоми бархӯрд ҳамдигарра маҳв мекунанд, аннигилясия меноманд) мекунанд, ки мушоҳидаи он ҳо ғайриимкон мешавад. Аммо дар майдонҳои пурқувват зарраҳои виртуалӣ ва антизарраҳо пароканда шуда, воқеъан намудор мешаванд. Дар сарҳади вартаи сиёҳ қувваҳои маддии бузург амал мекунанд. Дар таҳти таъсири ин қувваҳо баъзе аз ин зарраҳо ё антизарраҳо, ки зарраҳои виртуалиро ташкил мекунанд, метавонанд аз ҳудуди вартаи сиёҳ бароянд. Дар натиҷаи ин ҳодиса вартаи сиёҳ метавонад манбаъи афканиш гардад. Бинобар ин дар раванди афканиши заррагӣ кардани вартаи сиёҳ бояд масса ва андозаи он кам шавад.

 Ҳисоботҳо нишон медиҳанд, ки раванди «бухоршави» - и вартаи сиёҳ хеле суст ҷараён мегирад. Масалан вартаи сиёҳе, ки 10 массаи Офтобро ташкил медиҳад, дар муддати 1069 сол бухор мешавад. Вартаҳои  сиёҳи бузургмасса, ки миллардҳо массаи Офтобро ташкил медиҳанд, дар муддати 1096 сол бухор мешавад.

 Вартаи сиёҳро дар ҳолате ошкор кардан мумкин аст, ки агар он дар маркази системаи азякчанд ситора ибора буда қарор дошта бошад. Дар ин ҳолат вартаи сиёҳ гази ин ситораҳоро ба худ ҷазб мекунад. Дар таҳти таъсири ҷозибаи бузурги вартаи сиёҳ ин газҳои ҷазбшуда гарм шуда ҳарораташон афзудан мегирад. Баъд аз афзудани ҳарорат ин газҳои тафсон манбаъи афканишоти рентгенӣ шуда, ба қайд гирифтанашон имконпазир мегардад.

 То соли 2019 сарҳади вартаҳои сиёҳро аз сабаби паст будани ҳассосияти асбобҳои мушоҳидавӣ ошкор кардан ғайриимкон буд. Аввалин шуда 10 апрели соли 2019 ба воситаи телескопи махсуси Event Horizont Telescope сарҳади вартаи сиёҳ бомуваффақият расм гирифта шуд. Ин вартаи сиёҳи кашфшуда вартаи сиёҳи бузургмасса буда, дар маркази галактикаи М 87 қарор дорад. Массаи ин вартаи сиёҳи бузургмасса ба 6,5 миллиард массаи Офтоб баробар буда, андозааш ба 260 воҳиди астрономӣ  (1 воҳиди астрономӣ масофаи байни Офтобу Замин аст) баробар аст. Масофа аз Замин то ин вартаи сиёҳ ба 55 миллион соли рӯшноӣ баробар аст.

Манбаъҳои маълумот:

  1. Б.C. Ишханов, И.М. Капитонов, И.А. Тутынь. "Нуклеосинтез во вселенной"М., Изд-во МГУ 1998.
  2. Стивен Хокинг. Краткая история времени. От большого взрыва до черных дыр – Санкт – Петербург, 2008, 232 с.
  3. Стивен Хокинг. Черные дыры и молодые вселенные -  Амфора; СПб; 2004, 117с.
  4. https://www.google.қu/seaқch?q=черная+дыра

  Дотсентон Ш.Ш. Шоёқубов, Қ. Ботуров,

докторант (PhD)  Д.К. Аюбов.

МОТМБЭ Институти физикаю - техникаи

ба номи С.У.Умарови Академияи миллии илмҳои Тоҷикистон

Хондан 460 маротиба