Kokio dydžio yra Juodosios bedugnės?

Kviečiame skaityti vieną iš daugelio, 2022 metų mokslo populiarinimo konkursui, parašytų tekstų.

Rokas Mikutis

Įprastos, geriausiai suprantamos juodosios bedugnės susidaro tada, kai masyvi, mažiausiai 1,3 – 3 Saulės masių žvaigždė savo gyvenimo pabaigoje sukrenta į save: vidinio slėgio nebepakanka atsilaikyti prieš gravitaciją, žvaigždė kolapsuoja ir šio proceso metu virsta juodąja bedugne.

Pati bedugnė teoriškai neužima jokios erdvės, užtat išlaiko masę paveldėtą iš savo motininės žvaigždės.

Tiesą sakant, šis procesas kiek primena metamorfozes, kai iš lėliukės išsirita drugelis. Tik šį kartą viskas vyksta atvirkščiai – iš šviesą teikiančios žvaigždės išsirita besotis tamsos monstras ir ima maitintis viskuo ką tik sugeba pasiekti.

Taigi, kaip apibrėžti dydį objekto, kuris erdvėje neegzistuoja? Šiam tikslui mokslininkai naudoja įvykių horizonto terminą – tai riba iš kurios, dėl milžiniško gravitacinio poveikio, nebegali ištrūkti fotonai.

Pabėgimui reikalingas greitis šioje vietoje yra didesnis nei tas, kuriuo sklinda šviesa, todėl būtent ši riba ir vadinama įvykių horizontu, o jo skersmuo naudojamas bedugnės dydžiui apibrėžti.

Kuo juodoji bedugnė masyvesnė – tuo toliau nuo centro (singuliarumo) nusidriekęs jos įvykių horizontas.

Taigi, kokio jos dydžio?

Viena iš mažiausių žinomų juodųjų bedugnių yra dvinarėje sistemoje GRO J1655-40. Čia ji siurbia savo kompanionės žvaigždės dujas ir taip maitina mikrokvazarą matomą iš žemės.

Maždaug 5,4 Saulės masių bedugnė yra apytiksliai 16 kilometrų skersmens – maždaug toks, kiek ir atstumas nuo Fabijoniškių iki Salininkų Vilniuje. Kosminiu mastu tai visiškai mikroskopinis objektas, bet aplink ją besisukantis, iki maždaug 7000K įkaitęs akrecinis diskas yra toks ryškus, jog, nepaisant mus skiriančio atstumo (tarp 5500 ir 11 000 šviesmečių), jį galima stebėti iš Žemės.

Kitoje galaktikoje, pavadintoje M33, astronomai rado juodąją bedugnę, kuri yra vos 93 kilometrų skersmens. Bet į šį, grubiai tariant, atstumą nuo Vilniaus iki Kauno, sutelpa 15,7 Saulės masių!

Apskritai didžioji dalis žinomų arba numanomų juodųjų bedugnių yra nuo 3 iki 24 kartų masyvesnės už Saulę. Daugumą tokios masės bedugnių yra labai sunku aptikti – jei šalia neskrieja žvaigždė, kurios, pavyzdžiui, neveikia bedugnės gravitacija arba bedugnei „maitinantis“ kaimynės medžiaga nesisudaro nedidelis kvazaras – ši užduotis astronomams yra sunkiai įkandama dėl to, kad pačios bedugnės neskleidžia šviesos.

Spręsdami pagal pakankamai didelių, bedugnes galinčių suformuoti žvaigždžių skaičių, mokslininkai mano, jog vien Paukščių take gali būti nuo milijono iki milijardo šių objektų. Tenka pripažinti, kad paklaida nemaža, o viršutinė riba skamba kiek gąsdinančiai.

Laimei bijoti nėra ko – didžioji bedugnių dalis tiesiog skrieja savo ankstesnėmis orbitomis, kaip ir tada, kai dar gyvavo šviečiančių žvaigždžių pavidalu, todėl dauguma po galaktiką be tikslo nesibąsto.

Tiesa, tikrai negalime atmesti šio varianto kalbėdami apie iš savo “gimtosios” vietos kokio nors kataklizmo išsviestas klajojančias pabaisas, kurios teoriškai galėtų kelti grėsmę Žemei, ar net visai Saulės sistemai. Belieka tikėtis, kad toks pavojus neįtikėtinai menkas.

Nors dauguma juodųjų skylių yra kuklios masės ir skersmens (kosminiu masteliu!), mokslui yra žinomi ir gerokai didesni, kelių šimtų ar net keliasdešimties tūkstančių Saulės masių objektai. Tiesa net 47 000 Saulės masių bedugnė tėra vos dvigubai didesnė už Jupiterį – įvykių horizonto skersmuo siektų apytiksliai 277 000 kilometrų.

Bet net ir tai yra niekis palyginus su supermasyviomis besotėmis skylėmis.

Supermasyvios juodosios bedugnės

Pastarosios paprastai tūno galaktikų centruose. Mūsų galaktikos centre esanti Šaulio A* yra pati didžiausia bedugnė mūsų galaktikoje: masė siekia 3 milijonus Saulių, o įvykių horizonto skersmuo – apie 44 milijonus kilometrų.

Nors tai ir atrodo neįtikėtinai dideli skaičiai, galaktikos masteliu Šaulio A* nėra labai įspūdingas objektas – jei ji pakeistų Saulę, įvykių horizontas net nesiektų artimiausios Merkurijaus orbitos.

Tiesa, tai būtų ganėtinai katastrofiški mainai visai mūsiškei ir kelioms artimesnėms žvaigždžių sistemoms, bet tolimesnės žvaigždės jokių didesnių pokyčių dėl šio pokyčio artimiausiu metu (bent jau kosminiais tempais) nepatirtų.

Tokią bedugnę galime palyginti su mafijos bosu netikėtai įsikrausčiusiu į geros reputacijos rajoną. Artimiausiems kaimynams gyvenimas apsiverstų aukštyn kojomis, už kelių šimtų metrų stovinčių būstų kaina kristų, o viso rajono reputacija būtų rimtai sutepta.

Tuo tarpu už upės stūksančio gretimo rajono gyventojams į tai būtų visiškai nusispjauti. Na, galimai jie nebevažiuotų į įtartinos reputacijos rajoną apsipirkti, kaip ir jūs turbūt nenorėtumėte skraidyti savo kosminiu laivu greta besočio monstro.

Tiesa, visatoje yra tokių “mafijos bosų”, kuriuos ignoruoti būtų sunku ne tik rajono, bet ir viso miesto ar net šalies gyventojams.

Kalbu apie supermasyvias juodąsias skyles, prieš kurias netgi mūsų Šaulio A* atrodo nykštukė.

Pavyzdžiui Cygnus A (Gulbės A) galaktikoje tūnančią juodąją bedugnę sudaro neįtikėtina 2,5 milijardo Saulės masių suma, o jos įvykių horizonto skersmuo siekia stulbinančius 14,7 milijardo kilometrų. Tiek pakanka, kad į ją sutilptų visos Saulės sistemos planetos su savo orbitomis! Pavyzdžiui Neptūnas sukasi nuo mūsų žvaigždės nutolęs per 4,47 milijardų kilometrų.

Kita supermasyvi bedugnė tūno Messier 87 galaktikoje. Tai žymus 6.5 milijardų Saulės masių objektas, kurį lyg garsų modelį mokslininkų komanda pasirinko darydami pirmąją juodosios bedugnės nuotrauką.

Bet net ir šie leviatanai nublanksta prieš kitą besočių rijikų kategoriją – ultramasyvias juodąsias bedugnes.

Ultramasyvios juodosios bedugnės

OJ 287 galaktikos centre glūdinti skylė „sveria“ lyg 18 milijardų Saulių. Tai tokia milžiniška pabaisa, jog aplink ją orbitoje sukasi dar viena, net keturiasdešimt kartų nei mūsiškė Šaulio A* masyvesnė bedugnė, o įvykių horizonto viduje laisvai tilptų trys viena greta kitos išdėstytos mūsų Saulės sistemos kartu su Oorto debesimi ir kitais gražiais dalykais.

Bet net ir OJ 287 nublanksta prieš pačią didžiausią žinoma bedugnę, o tuo pačiu ir didžiausią žinomą vientisą objektą visatoje – TON 618. Tai 66 milijardų Saulės masių monstras, kurio skersmuo yra toks didelis, jog net (teoriškai) keliaujant šviesos greičiu, nuo vieno įvykio horizonto krašto iki kito, užtruktumėte dvi savaites.

Į TON 618, kurio skersmuo yra maždaug 390 milijardų kilometrų (1300 AV) būtų galima lengvai viena šalia kitos išdėstyti net 11 Saulės sistemų!

Kadangi TON 618 yra labai toli, mes galime objektą matyti tokį koks jis buvo prieš maždaug 10 milijardų metų, todėl šias kosmoso pabaisas iki šiol gaubia paslapties šydas – kaip per tokį trumpą laiką nuo visatos pradžios TON 618 sugebėjo prisisiurbti ištisos galaktikos vertą masės kiekį?

Tiesą sakant 66 milijardai Saulės masių yra net daugiau nei sveria visas mūsiškis Paukščių takas!

Viena teorija teigia, jog galimai supermasyvios bei ultramasyvios bedugnės kaip TON 618 susidarė praleisdamos žvaigždžių stadiją. Ankstyvojoje visatoje tankios dujos proto-galaktikos viduryje atvėso pakankamai, jog kolapsuotų nuo savo svorio ir iš karto suformuotų juodąją bedugnę.

Tikėkimės, jog visai netrukus James Webb’o teleskopas padės pažvelgti į šias paslaptis iš arčiau.

Šaltiniai: