Melnais caurums

Melnais caurums ir laiktelpas vieta, kurai piemīt tik spēcīga gravitācija, ka nepieciešamajam ātrumam, lai no tās izkļūtu, ir jābūt lielākam par gaismas ātrumu. Pēc vispārīgās relativitātes teorijas no melnā cauruma nevar izkļūt nedz matērija, nedz informācija, taču kvantu mehānika pieļauj atkāpes no šīs normas. Melno caurumu eksistenci Visumā atbalsta gan teorētiskie pētījumi, gan arī astronomiskie novērojumi.



Notikumu horizonts ir melnā cauruma "virsma". Jebkas (matērija vai enerģija), kas sasniedz notikumu horizontu, nekad vairs no tā neizkļūst. Ilgu laiku tiek uzskatīts, ka šādi neatgriezeniski zūd informācija, taču 2004. gada jūlijā ievērojamais zinātnieks Stīvens Hokings atzinis, ka informācija, iespējams, tomēr nezūd. Notikumu horizonts ir melnā cauruma masas radītās gravitācijas sekas - vieta, kur gravitācija ir tieši tik spēcīga, lai no tās nespētu izkļūt pat gaisma (pēc Einšteina relativitātes teorijas gaismas ātrums ir lielākais iespējamais ātrums, tādēļ, ja pat gaisma nevar izkļūt no melnā cauruma, to nevar arī nekas cits).

Melnajam caurumam ir ārkārtīgi spēcīgs gravitācijas lauks. Šāds gravitācijas lauks izliec laiku (ārējam novērotājam šķiet, ka tas top lēnāks). No malas raugoties uz objektu, kas krīt melnajā caurumā, šķistu, ka tas nekad nesasniedz notikumu horizontu, lai arī, raugoties no objekta viedokļa, tas šķērsotu notikumu horizontu un sasniegtu singularitāti ārkārtīgi īsā laikā.

Singularitāte - pēc vispārīgās relativitātes teorijas - ir laiktelpas vieta, kur laiktelpa tiek bezgalīgi izliekta, gravitācijas spēks ir bezgalīgi liels. Domas par to, vai melnā cauruma centrā atrodas singularitāte, dalās. Ja katrā melnajā caurumā patiešām atrodas singularitāte - punkts (bez dimensijām), kurā sakopota visa melnā cauruma masa -, tas nozīmētu, ka melnajā caurumā iekļuvušajām daļiņām ir noteikta atrašanās vieta un ātrums, kā arī to, ka katrai daļiņai būtu tikai viens ceļš (uz singularitāti). Tas ir pretrunā ar kvantu mehānikas principiem, īpaši Heizenberga nenoteiktības principu.

Klasiskā Hokinga radiācijas teorija paredz, ka melnie caurumi var kļūt mazāki par spīti tam, ka no tiem nekas nevar izkļūt. Šī radiācija rodas tieši pie notikumu horizonta un nesatur informāciju par melnā cauruma iekšpusi. Tas nozīmē, ka melnais caurums tomēr var kļūt mazāks. Lieliem melnajiem caurumiem Hokinga radiācijas efekts ir praktiski nemanāms, taču, jo mazāks melnais caurums, jo lielāka tā radiācija. Līdz ar to jebkura melnā cauruma, kurā vairs neiekrīt matērija, dzīves ilgums ir galīgs. (Piezīme: Hokinga radiācija gan padara melno caurumu mazāku, taču tā nenozīmē, ka no melnā cauruma var izkļūt daļiņas; tajā vienkārši iekļūst antidaļiņas.)



2004.gada 21.jūlijā Stīvens Hokings paziņoja, ka ir kļūdījies - no melnajiem caurumiem tomēr varot izkļūt informācija. Viņš apgalvoja, ka notikumu horizonta tuvumā ir zināmi kvantu efekti, kas ļauj informācijai izkļūt un ietekmēt Hokinga radiāciju. Šī teorija vēl nav apstiprināta un tiek pārbaudīta, taču, ja to atzīs par pareizu, tā, visticamāk, atrisinās melno caurumu informācijas paradoksu.

Melnais caurums Medūzas matos

NGC 4149 jeb Medūzas galaktika atrodas Lielā lāča jeb Lielo greizo ratu zvaigznājā. Patiesībā tas ir divu, savstarpējā mijiedarbībā esošu galaktiku pāris. Jaunākajā Čandras rentgenstaru observatorijas un Habla kosmiskā teleskopa kombinētajā attēlā redzams melnais caurums, kas atrodas šo divu galaktiku izveidotajā "zvaigžņu tiltā" jeb Medūzas matos.

Rentgenstaru dati redzami zilajā krāsā, bet Habla teleskopa optiskais attēls - oranžajā. Medūzas galaktikas centrs ir spoži zils. Uz augšu no tā ir redzama abu galaktiku gravitācijas mijiedarbības rezultātā izveidotā gāzu, putekļu un zvaigžņu plūsma, kurā tad arī atrodas melnais caurums, kas atpazīstams kā spožs zils punkts.

Lielākā daļa objektu galaktikās, kas labi redzami rentgenstaros, ir dubultzvaigžņu sistēmas, kur viens no kompanjoniem ir vai nu zvaigžņu masas melnais caurums, vai arī neitronu zvaigzne. Šie abi objekti rodas masīvu zvaigžņu dzīves noslēgumā, tām sprāgstot kā supernovām.

Tā kā gan melnais caurums, gan neitronu zvaigzne izstaro rentgenstarus salīdzinoši ilgāku laiku periodu, šīs "fosīlijas" iespējams izmantot, lai pētītu zvaigžņu rašanās vēsturi galaktikās.

Jaunākajos Medūzas galaktikas un deviņu citu galaktiku pētījumos tika konstatēts, ka rentgenstaru dubultzvaigžņu sistēmu un zvaigžņu veidošanās ir cieši saistīta. Galvenie izpētes objekti bija Medūzas galaktika un NGC 7541, kurās zvaigžņu veidošanās notiek ļoti intensīvi. Gan rentgenstaru avotu daudzums, gan to spožums ir saistīts ar zvaigžņu veidošanās biežumu. Iespējams, ka rentgenstaru avotu spožumu galaktikās varētu izmantot kā vienu no iespējamām metodēm, lai noteiktu zvaigžņu veidošanās biežumu galaktikās, kuras atrodas ļoti tālu.

Pētījumu rezultātā tika noskaidrots, ka no katrām miljons tonnām gāzes, kas tiek patērētas zvaigžņu rašanās procesā, aptuveni viena tonna tiek "iesūkta" zvaigžņu masa melnajā caurumā vai neitronu zvaigznē.

Klusā Saule

2008. gads bija klusās Saules gads. Lai arī šķita, ka gada otrajā pusē situācija uzlabojas un ledus laikmeta prognozētāji noklusa, jāatzīst, ka 2009. gada sākums nav par matu labāks. Ja jums likās, ka Saule ir pārāk mierīga, tad nākas atzīt, ka tā var būt vēl mierīgāka. Joprojām nav skaidrs, ar ko šāds klusuma periods beigsies.

Saule bez plankumiem2008. gada laikā 266 dienas no 366 iespējamajām (73%) Saule bija bez plankumiem. Iepriekšējais rekords bija novērots 1913. gadā, kad bez plankumiem Saule bija 311 dienas. Tika prognozēts, ka 2008. gadā Saules minimums ir sasniedzis zemāko punktu un 2009. gadā aktivitāte pamazām atjaunosies.

Prognozes pagaidām nav piepildījušās. Līdzīgi kā ar krīzi Latvijā, ir palicis tikai vēl sliktāk. Saules plankumu nav bijis 78 dienās no 90 (87%) līdz 31. martam.

"Mēs esam piedzīvojuši ļoti dziļu Saules aktivitātes cikla minimumu," secināja solārais fiziķis Dīns Pesnels no Godāra kosmisko lidojumu centra.

"Šī ir klusākā Saule, ko esam piedzīvojuši gandrīz gadsimta laikā," piebilda Saules plankumu eksperts Deivids Hetevejs no Māršala kosmisko lidojumu centra, kurš ar lekciju par Saules ciklu un dažādiem tā aspektiem uzstājās arī 2009. gada Astrofest ietvaros.

Saule apklust vidēji ik pa 11 gadiem. Tas ir dabīgs Saules dzīves cikls, kuru 1800to gadu vidū atklāja vācu astronoms Henrihs Švābe. Saules plankumi ir Zemes izmēra vai lielākas magnētisma salas, kas novērojamas uz Zemei tuvākās zvaigznes virsmas. Saules plankumi ir uzliesmojumu, koronārās masas izsviedes un intensīva ultravioletā starojuma avoti. Švābe uzskaitīja plankumus un secināja, ka aktivitātes pacēlumam vienmēr sekoja minimuma fāze.



Arī šobrīd Saule ir minimuma fāzē, bet vai tiešām tai ir jābūt tik klusai?

2008. gads izcēlās ar vēl dažiem rekordiem:

* 50 gados viszemākais Saules vēja spiediens. Kopš 1990to gadu vidus spiediens bija krities par aptuveni 20%. Tas sasniedza zemāko punktu kopš mērījumu uzsākšanas 1960tajos gados. Saules vējš ir viens no mehānismiem, kas notur kosmisko starojumu ārpus iekšējās Saules sistēmas. Pavājinoties Saules vējam, kosmiskais starojums vairāk apdraud gan astronautus, gan tehniku.

* 12 gados viszemākais Saules spožums, kas krities par 0,02% redzamajā gaismā un 6% ultravioletajā starojuma daļā. Protams, tas nepalēninās globālo sasilšanu, bet daži blakusefekti ir arī šādām izmaiņām. Piemēram, augšējie atmosfēras slāņi tik ļoti nesasilst un "saplok". Satelīti zemajā orbītā mazāk izjūt atmosfēras bremzējošo ietekmi un to dzīves ilgums palielinās. Tās ir labās ziņas, bez kurām nemēdz būt sliktās - orbītā daudz labāk saglabājas arī atlūzas.

* 55 gados visvājākais Saules radiostarojums. Kopš 2. pasaules kara beigām astronomi Sauli novēro arī radioviļņos. Kopš 1955. gada šobrīd ir reģistrēta visblāvākā "radio" Saule. Daži zinātnieki uzskata, ka tas liecina par Saules magnētiskā lauka pavājināšanos. Protams, tie ir tikai minējumi, jo šo radioviļņu izcelsme nav pilnībā izpētīta.

Visi šie rekordi raisa diskusijas, vai novērojamais klusuma periods ir dīvains, ekstrēms vai vienkārši Saules pašregulācijas mehānisms pēc intensīvākiem maksimuma periodiem.

Saules plankumu prognoze"Kopš kosmosa ēras pirmsākumiem 50tajos gados Saules aktivitāte ir bijusi īpaši augsta," atzīmēja Hetevejs. "Pieci no desmit visintensīvākajiem maksimumiem ir novēroti pēdējo 50 gadu laikā. Mēs vienkārši neesam pieraduši pie tik dziļa miera perioda."

Pirms aptuveni 100 gadiem Saules klusums nebija nekas īpašs. 1901. gada un 1913. gada minimuma periodi bija vēl ilgāki. Lai šis minimums tiem līdzinātos, Saulei jāpaliek gandrīz bez plankumiem vēl vismaz viens gads.

No vienas puses šāds notikums ir kaut kas īpašs. "Pirmo reizi kosmosa izpētes vēsturē mēs patiešām redzam, ko nozīmē dziļš miera periods," piebilda Pesnels. Sauli nemitīgi novēro vesela flote dažādu kosmosa kuģu - SOHO, STEREO zondes, piecas THEMIS zondes, ACE, Wind, TRACE, AIM, TIMED, Geotail un citi pēta Sauli 24x7 režīmā ar tehnoloģijām, par kurām pirms 100 gadiem varēja tikai fantazēt. Iegūtie dati liecina, ka Saules minimums ir daudz interesantāks, nekā varēja gaidīt.

Par spīti bagātīgajam datu klāstam, nav iespējams prognozēt, kas notiks tālāk. Gandrīz vai katram solārajam fiziķim ir savs viedoklis, kad Saules minimums beigsies, kad sāksies un kāds būs nākamais aktivitātes periods. Kādēļ? Joprojām neviens pilnībā neizprot Saules aktivitātes cikla cēloņsakarības.

Pesnels uzskata, ka plankumi drīz parādīsies, iespējams, jau gada beigās. Gaidāmais Saules maksimums, kura intensitāte varētu būt zem vidējām vērtībām, varētu iestāties ap 2012. vai 2013. gadu. Tomēr viņš skaidri apzinās, ka varētu arī kļūdīties.