IEVADS

Autoru vienmēr ir interesējis Visums, tas viņam saistās ar ko noslēpumainu. Astronomija ir tas priekšmets, kuru viņš labprāt mācītos, ja būtu tāda iespēja. Skatoties naksnīgajās debesīs var redzēt ļoti daudz spīdošu objektu. Lielākā daļa cilvēku domā, ka tur visas ir zvaigznes, bet tā nebūt nav. Izņemot zvaigznes ar neapbruņotu aci var redzēt arī simtiem meteorītu, zemes mākslīgos pavadoņus, “kosmiskos atkritumus”. Autoru visvairāk interesē tas ko nevar redzēt, ko nevar aptaustīt un sajust, bet var tikai nojaust tā eksistenci. Viena no šādām lietām ir melnie caurumi; visi par viņiem zina, bet neviens nezina kas tie tādi ir un kur tie atrodas. Lai uzzinātu ko vairāk par šiem objektiem tika izvēlēts rakstīt referātu par melnajiem caurumiem.

Referāta veidojot, galvenais uzziņas avots ir Stīvensa Hogina (Stephen Howging) grāmata “Īsi par visumu, no Lielā Sprādziena līdz melnajiem caurumiem”

Referātā minētā informācija ir apstrīdama un nav pierādīta, tā balstās uz teorētiskās fizikas aprēķiniem un pieņēmumiem, ko veicis Stīvens Hogins un citi fiziķi.

Stīvens Hogins ir izstrādājis daudzas teorijas par lauku un laika mašīnām. Viņš ir viens no tiem zinātniekiem, kurš uzskata ,ka melno caurumu var izmantot kā laika mašīnu. Šo jautājumu savā referātā autors neapskata.

1. Melno caurumu definējums

Pirmo reizi terminu melnais caurums ieviesa Džons Vīlers, 1969 gadā. Lai spētu izprast kas ir melnais caurums, ir vispirms jāatceras, kas ir gaisma. Gaisma kā zināms gaisma ir gan daļiņa, gan vilnis. Tātad, ja gaisma ir vilnis tad uz to ir jāiedarbojas gravitācijai.

Pirmo teoriju par melno caurumu eksistenci izteica Džons Mičels, 1783 gadā. Viņš apgalvoja, ka pietiekami masīvai un kompaktai zvaigznei jābūt tik stiprai gravitācijas laukam, ka gaisma nespētu iziet ārpus tā robežām. Viņš uzskatīja ka tādu zvaigžņu ir ļoti daudz, kaut ari tās nevar ieraudzīt, jo tās neizstaro gaismu. Šādus objektus mūsdienās sauc par melnajiem caurumiem, un šis termins labi atspoguļo to būtību. Melno caurumu pētīšana XIX gadsimtā zaudēja popularitāti.

Ja uz gaismu iedarbojas gravitācija, tad arī tās ātrumam būtu jāizmainās, bet tā nav, jo tas ir fiksēts. Gravitācijas iedarbību uz gaismu izskaidroja Einšteins 1915. gadā ar vispārīgo relativitātes teoriju.

Saskaņā ar vispārīgās relativitātes teoriju nekas nevar kustēties ātrāk par gaismu, tad, ja jau gaisma nevar nokļūt ārpusē, to nevar arī neviens cits objekts, t.i. gravitācijas lauks visu velk atpakaļ. Tas nozīmē ka eksistē tāds notikumu daudzums, t.i., kāds laiktelpas apgabals, no kura nekas nevar iziet ārpusē un sasniegt kādu novērotāju. Melnā cauruma robežu sauc par notikumu horizontu. Tas sakrīt ar to gaismas staru ceļiem, kuri pirmie no visiem stariem zaudē spēju nokļūt ārpus melnā cauruma robežām.

Ir pierādīts, ka pastāv divu veidu melnie caurumi: rotējošie un nerotējošie. 1967. gadā Verners Izraēls (Konāda) izteica hipotēzi par nerotējošie melnajiem caurumiem; saskaņā ar VRT (vispārīgā realitātes teorija) tiem ir jāpiemīt vienkāršām sakarībām: tiem ir jābūt pareizai sfēriskai formai, to izmēri ir atkarīgi tikai no masas, un diviem melnajiem caurumiem ar vienādu masu ir jābūt identiskiem.

1963. gadā ar VRT Rojs Kerrs izdarīja atklājumus attiecībā uz rotējošiem melnajiem caurumiem. “Kerra melnie caurumi” griežas ar patstāvīgu ātrumu, bet to forma un izmēri ir atkarīgi tikai no masas un rotācijas ātruma. Rotējošajiem melnajiem caurumiem ir līdzīga forma kā Zemei.

2. Kā rodas melnie caurumi?

Lai saprastu, kā rodas melnie caurumi ir jāapskata zvaigznes dzīves cikls. Zvaigzne rodas gravitācijas spēku iedarbībā saspiežoties lielam gāzēm daudzumam, lielākoties ūdeņradim. Gāzēm saspiežoties tās sasilst līdz tādai temperatūrai, kad ūdeņraža molekulas vairs neatlec viena no otras, bet gan saplūst kopā, veidojot hēliju. Siltums kas izdalās šajā reakcijā, kura ir līdzīga ūdeņraža bumbas sprādzienam, liek zvaigznei spīdēt. Papildus siltuma dēļ gāzes spiediens pieaug tik ilgi, līdz tas līdzsvaro gravitācijas pievilkšanos, un tad gāze pārstāj saspiesties. Pēc ilga laika zvaigzne iztērē savus kodoldegvielas krākumus. Lai cik paradoksāli tas liktos: jo lielāka zvaigzne, jo ātrāk tā iztērē savu kodoldegvielu. Izlietojusi savu degvielu zvaigzne sāk atdzist un saspiesties (1- 2 attēls).

1928. gadā Subramaņjans Caradrasekars aprēķināja, cik lielai jābūt zvaigznei lai, pēc degvielas iztērēšanas tā tomēr spētu pretoties savas gravitācijas spēku iedarbībai. Čandarasekers sprieda, kad zvaigznei samazinās, zvaigznes daļiņas arvien vairāk satuvinās, un, ņemot vērā Pauli aizlieguma principu, tā ātrumiem arvien vairāk jāatšķiras. Tāpēc daļiņas tiecas attālināties. Kopumā zvaigznes rādiuss paliek nemainīgs, jo valda līdzsvars starp gravitācijas izraisīto pievilkšanos un Pauli principa izraisīto atgrūšanos.

Čandrasekars tomēr saprata, ka atgrūšanās nebūs neierobežota. Saskaņā ar relativitātes teoriju, zvaigznes daļiņu ātrumi nevar atšķirties par lielumu, kas pārsniedz gaismas ātrumu. Tas nozīmē: zvaigznei kļūstot pietiekami blīvai, atgrūšanās kļūs mazāka par gravitācijas pievilkšanos. Čandrasekars aprēķināja, ja aukstas zvaigznes masa pusotru reizi pārsniedz Saules masu, tad tā vairs nespēj pretoties gravitācijas spēkam (Čandrasekara robeža)

No Čandrasekara un Landaua pētījumu rezultātiem izriet secinājums attiecībā uz masīvo zvaigžņu likteni. Ja zvaigznes mazākas par Čandrasekara robežu, tad zvaigzne pārvēršas par “balto punduri”. Tā rādiuss ir daži tūkstoši kilometru, bet blīvums – simtiem tonnu uz cm³. Debesīs ir redzams ļoti liels daudzums balto punduru.

Landaus atklāja, ka zvaigznes var atrasties arī citās stadijās. Viena no tām ir neitrona zvaigzne. Tās eksistē arī Pauli principa dēļ starp protoniem un neitroniem. Neitrona zvaigznes rādiuss ir daži desmiti kilometru. Tās ir arī atklātas un fiksētas.

Ja zvaigznes masa pārsniedz Čadarmaņa robežu, tā sastopas ar lielām grūtībām, kad izbeidzas tās degviela. Lai izvairītos no gravitācijas kalopsa, zvaigzne var eksplodēt vai arī izmest daļu savas masas.

Openheimers secināja, ka zvaigznes gravitācijas iespaidā gaismas stari laiktelpā noliecas no parastās trajektorijas. Zvaigznei saspiežoties palielinās gravitācijas lauks, kas noliec gaismas starus, un sasniedzot noteiktu robežu gravitācijas lauks ir tik liels, ka gaismas stari vairs nespēj iziet no zvaigznes gravitācijas lauka, un šāda zvaigzne ir melnais caurums. Zvaigznei saspiežoties tās masa nemainās, tādēļ pēc kalopsa tās blīvums ir vairākas raizes palielinājies.

[1] [2]

3. Melno caurumu meklējumi

Melno caurumu atklāšana saistās ar vienu nozīmīgu problēmu; kā lai atrod to ko nevar redzēt. Tomēr šo problēmu var apiet, jo ir zināmas vairākas melnā cauruma izraisītās parādības. Ar to palīdzību tiek arī meklēti melnie caurumi. Bieži vien novērotās anomālijas vai neparasti objekti tiek uzskatīti par melno caurumu kandidātiem. Tā piemēram kvazāri, galaktikas centrālais apgabals, kas izstaro milzīgu enerģiju un atrodas ļoti tālu no Zemes, tiek saistīti ar melnajiem caurumiem, bet tādēļ, ka tie atrodas tik tālu tos nav iespējams izpētīt.

1967. gadā tika atklāta pirmā neitrona zvaigzne LGM 1-4. Tā kā neitrona zvaigznes rādiuss ir apmēram piecdesmit kilometru, tas ir tikai dažas reizes lielāks par kritisko rādiusu, kuru sasniedzot, zvaigzne pārvēršas melnajā caurumā.

Viens no nopietnākajiem melno caurumu kandidātiem ir Gulbis X –1. Kā zināms melnajiem caurumiem ir milzīga gravitācija, tādēļ tie spēj savā orbītā piesaistīt citas zvaigznes. Gulbja X – 1 gadījumā tika atrasta zvaigzne, kas rotē apkārt neredzamam objektam, kas izstaro rentgena starojumu, tā izmēri atbilst melnā cauruma izmēriem. Gulbi X –1 par 98% tiek uzskatīts par melno caurumu.

Galvenie pētījumi par melnajiem caurumiem tiek veikti ar rentgena staru uztverošajiem teleskopiem. 2001. gada 8. maijā Kanādas rentgena staru observatorija atklāja zvaigzni ar ļoti lielu UV starojumu un spēcīgu rentgenstarojumu, un tika nofotografēta, zvaigzne XTE J1118+480, melnā cauruma kandidāts.

[3]

Zvaigzne XTE J1118+480

NOBEIGUMS

Pasaulē ir ļoti daudz zinātnieki, astronomi vai fiziķi, kuri ir pievērsušies melno caurumu pētīšanai un meklēšanai. Katru dienu tiek atrasti vairāki pierādījumi tam, ka patiešām melnie caurumi eksistē. Uz doto brīdi ir vairāki tūkstoši melno caurumu kandidāti, tomēr neviens šis ķermenis nav 100% atzīts kā melnais caurums. Autors uzskata, ka ļoti drīz tiks pierādīta melno caurumu eksistence, jo tehniskie sasniegumi un jauninājumi Visuma izpētē to spēs nodrošināt.

Rotājošs melnais caurums (HDE226868)

[4]

IZMANTOTĀ LITERATŪRA

Stīvens Hogins. Īsi Par Laika Vēsturi... No Lielā sprādziena līdz melnajiem caurumiem. – Rīga. Apgāds “ Madris”, 1997., 83 - 115 lpp.
Terra . – Rīga. Apgāds “Lielvārds”, 2001. februāris, 7 -11 lpp.
Internets

· http://dailynews.yahoo.com/h/p/nm/20010430/sc/mdf38030.html

· http://antwrp.gsfc.nasa.gov/htmltest/gifcity/nslens_bh.html

· http://casa.colorado.edu/~ajsh/schw.shtml

· http://www.geocities.com/blackholeinfo/intro.html

· http://www.nasa.gov/

· http://www.owlnet.rice.edu/~spac250/steve/index.html

· http://www.spaceflightnow.com/news/n0105/08chandra/

[1] Zvaigzne dzīves laikā (1: n)

[2] Zvaigzne pēc kalopsa (1: n )

[3] Foto: NASA/CfA/J. McClintock et al.

[4] NASA/Honeywell Max-Q Digital Group/Dana Berry via Reuters