Айзък Азимов
Гравитационната гибел на вселената (34) (Колапсиращата вселена или историята на черните дупки)

Към текста

Метаданни

Данни

Включено в книгата
Оригинално заглавие
The Collapsing Universe (The Story of Black Holes), (Пълни авторски права)
Превод от
, (Пълни авторски права)
Форма
Научен текст
Жанр
Характеристика
  • Няма
Оценка
5,7 (× 24 гласа)

Информация

Сканиране
gogo_mir (2011 г.)
Корекция и форматиране
Ripcho (2011 г.)

Издание:

Айзък Азимов. Гравитационната гибел на вселената

Преводач: Радка Динекова

Рецензент: Валери Голев

Рецензенти на превода: Надка Стоянова, Красимира Абаджиева

Редактор: Валери Голев

Художник на корицата: Владимир Минчев

Художник-редактор: Димитър Петков

Технически редактор: Йорданка Иванова

Коректор: Славка Кръстева

Код: 01\9532421331\2332-2-90

Американска. Издание I.

Формат 70X90/32 Печ. коли 18,00 Изд. коли 10,51 УИК 12,19

Държавно издателство „Народна просвета“ — София, 1990 г.

Държавна фирма „Полипринт“ — Враца

История

  1. — Добавяне

Квазарите

През 1950 г. бяха открити някои радиоизточници, които след по-внимателно изследване се оказаха като че ли много компактни и радиоизлъчването от тях изглеждаше така, сякаш идва от много тесни точкообразни участъци от небето. През онези първи години откриваните радиоизточници обикновено бяха асоциирани с прахови облаци или галактики, които се разпределят върху повече или по-малко големи площи от небето.

Сред тези компактни радиоизточници бяха и някои, които са известни като 3C 48, 3C 147, 3C 196, 3C 273 и 3C 286. (Оттогава са открити още много от този род.) 3C е съкращение от английското Трети Кембриджски каталог на радиозвездите — един списък на радиоизточници, съставен от английския астроном Мартин Райл (1918).

През 1960 г. зоните, в които бяха намерени компактни радиоизточници, бяха изследвани от американския астроном Алън Рекс Съндидж (1926) и се оказа, че във всички тези зони се намира нещо приличащо на слаба звезда, което като че ли е свързано с предполагаемия радиоизточник. Обаче имаше някои признаци, че вероятно това не са обикновени звезди. Около доста от тях се наблюдават слаби облаци от прах и газ, а един от тях, 3C 273, изхвърля слаба струя вещество. Фактически с 3C 273 се оказаха свързани два радиоизточника, единият — от звездата, а другият — от струята.

Тези обекти само наподобяват по външен вид звезди и в крайна сметка започнаха да ги наричат квазизвездни (т.е. звездоподобни) радиоизточници. През 1964 г. Хонг Ичю съкрати думата до квазар, която след това бе възприета навсякъде.

Спектри на квазарите бяха получени през 1960 г., но картината на линиите в тях беше напълно неразгадаема — сякаш квазарите са съставени от субстанция, напълно чужда на познатите ни елементи във Вселената. Но през 1963 година американският астроном от холандски произход Маартен Шмидт (1929) реши загадката. Линиите щяха да изглеждат напълно нормално, ако бяха в ултравиолетовия обхват на спектъра. Появяването им във видимия диапазон на електромагнитното излъчване означаваше, че те са много отместени към по-големите дължини на вълните.

Най-простото обяснение беше предположението, че квазарите са много далеч от нас. Понеже Вселената се разширява, галактиките се разбягват и ни изглежда, че всичко се отдалечава от нас. Следователно всички по-отдалечени обекти ще показват отместване към по-дългите вълни, понеже именно това трябва да се очаква, когато един източник на светлина се отдалечава от нас. Освен това, тъй като Вселената се разширява, то колкото по-далече от нас се намира един обект, толкова по-бързо той ще се отдалечава и толкова по-голямо е отместването в спектралните му линии. В такъв случай по това отместване може да се определи разстоянието до него.

Оказа се, че квазарите са отдалечени от нас на милиарди светлинни години. Един от тях, OQ 172 е на разстояние около 12 милиарда светлинни години и дори най-близкият, 3C 273, се намира на разстояние над 1 милиард светлинни години, по-далече от който и да е неквазарен обект[1], който познаваме. Във Вселената съществуват вероятно не по-малко от 15 милиона квазари.

Квазарите изглеждат много слаби на небето, но за да могат въобще да се виждат от такива огромни разстояния, те трябва да имат изключително голяма светимост. Квазарът 3C 273 е 5 пъти по-ярък от нашата Галактика, а светимостта на някои квазари е над 100 пъти по-голяма от тази на една средна галактика.

Още нещо — ако допуснем, че квазарите просто са галактики, съдържащи 100 пъти повече звезди от обикновените галактики, те съответно биха били и толкова пъти по-ярки. Но в този случай, дори при тези огромни разстояния до тях, те трябва да имат достатъчно големи размери и да се виждат като петънца от разсеяна светлина, а не като звездообразни обекти. Оттук следва, че независимо от голямата им светимост те трябва да са много по-компактни от обикновените галактики.

През 1963 г. беше установено, че квазарите променят мощността на излъчваната от тях енергия както във видимия, така и в микровълновия диапазон. В продължение на няколко години бяха регистрирани увеличения и намаления на блясъка им до три пъти.

За да се наблюдава за толкова кратко време такова значително изменение на излъчването, източникът трябва да има малки размери. Тези изменения на блясъка отразяват поведението на обекта като цяло, при което ефектът трябва да се разпространява върху целия размер на обекта за времето на изменението. Тъй като нищо не може да се разпространява по-бързо от светлината, то ако квазарът променя блясъка си забележимо в продължение на година, диаметърът му не може да бъде по-голям от 1 светлинна година, а най-вероятно е доста по-малък.

Един от квазарите, 3C 446, удвоява яркостта си за два дни и следователно, диаметърът му не е по-голям от 0,005 светлинни години (50 милиарда km), което е около 5 диаметъра на орбитата на Плутон около Слънцето. За сравнение една обикновена галактика има диаметър 100 000 светлинни години и дори централното й ядро има диаметър 15 000 светлинни години.

Това съчетание от много малки размери и огромна светимост показва, че квазарите са обекти, напълно различни от всичко, което познаваме. Откриването им убеди астрономите в съществуването на неизвестни едромащабни явления във Вселената и ги подтикна към изучаването на тези явления, включително и в контекста на черните дупки.

И наистина е възможно да има някаква връзка между черните дупки и квазарите. Съветският астроном Игор Новиков и израелският астроном Ювал Ниеман (1925) предполагат, че квазарите са гигантски бели дупки, които се намират в другия край на ходовете на дървояди, които ги свързват с гигантски черни дупки, намиращи се някъде далеч във Вселената[2].

Но нека да погледнем на феномена квазар от друга гледна точка. Наистина ли квазарите са уникални, каквито изглеждат, или те просто са крайни прояви на нещо доста по-обикновено?

През 1943 г. студентът Карл Сифърт, специализант по астрономия, наблюдавал няколко особени галактики, които по-късно оформили заедно с други такива обекти специален вид галактики, наречени сега галактики на Сифърт или сифъртови галактики. Те най-вероятно съставляват 1% от всички галактики, известни досега (помним, че те са милиарди), въпреки че досега са открити само десетина[3] такива галактики.

В много отношения сифъртовите галактики изглеждат като обикновените и не са така отдалечени от нас. Обаче ядрата им са много компактни, много ярки и изглеждат необикновено горещи и активни — фактически те много приличат на квазарите. Те също показват променливост в излъчването си, която предполага, че източниците на това излъчване в ядрата им не са по-големи от квазарите. Една сифъртова галактика, 3C 120, има ядро с размери само 1/8 от диаметъра на цялата галактика, но нейната светимост е три пъти по-голяма от светимостта на останалата част на галактиката.

Мощният активен център се вижда на много по-големи разстояния, отколкото слабите външни области на сифъртовата галактика и ако такава галактика се намира на достатъчно голямо разстояние от нас, то това, което можем да наблюдаваме с телескоп, е само ядрото. Тогава ще смятаме, че тази галактика е квазар, така че силно отдалечените квазари могат да представляват просто много големи и силно активни ядра на сифъртови галактики с огромна светимост.

Нека сега разгледаме ядрото на една сифъртова галактика — много компактно, много горещо и много активно. Една от сифъртовите галактики, NGC 4151, има може би 10 милиарда звезди в ядрото си, чийто диаметър е само 12 светлинни години.

Точно такива условия способствуват за образуването на черни дупки. А фактът, че в даден обем от пространството съществуват благоприятни условия за образуване на черни дупки, означава, че има също така благоприятни условия и за появата на бели дупки.

Можем да си представим, че тук и там във Вселената се образуват черни дупки и всяка от тях предизвиква нарушаване на гладката тъкан на пространството. Между тях възникват ходове на дървояди и веществото изтича през тях с темп, по-малък от темпа на натрупване на веществото върху черната дупка, но този темп в някои случаи може да се окаже достатъчен, за да наблюдаваме мощен източник на излъчване. Темпът на падане на потока материя може да се променя по различни причини, които засега не са ни известни, но точно те водят до изменения в светимостта на квазарите.

Може би съществуват множество бели дупки с различни размери, всяка една свързана със съответната си черна дупка (също с различни размери), но ние ще виждаме само тези от тях, чиито размери са гигантски. Възможно е, ако се вземат предвид всички двойки черни и бели дупки, да се окаже, че ходовете на дървояди, които ги свързват, кръстосват доста нагъсто Вселената.

Тази теория стимулира въображението на астрономи като Карл Сейгън (1934). Немислимо е да си представим, че каквото и да е вещество, погълнато от черната дупка, може да излезе от тунела на дървояда през бялата дупка, без да претърпи някакви промени, но това не ограничи въображението на Сейгън.

В края на краищата ние сега можем да вършим неща, които на нашите предци биха изглеждали невероятни, затова на Сейгън не му се струва невероятно една напреднала цивилизация да открие начин за противодействие на гравитационните и приливните ефекти, така че един космически кораб да може да се възползува от ходовете на дървоядите и да изминава огромни разстояния в Космоса само за миг.

Да предположим, че сега във Вселената съществува напреднала цивилизация, която е съставила подробна карта на тунелите на дървоядите, чиито входове са черните дупки, а изходите — белите дупки. По-малките тунели ще бъдат по-многобройни и следователно по-полезни.

Да си представим една космическа империя, кръстосана от цяла мрежа тунели — ходове на дървояди, с центрове на цивилизации, разположени пред входовете и изходите. В края на краищата има значение дали те са разположени в близост до оживени кръстовища, както на Земята например е от значение един град да бъде построен на брега на удобен залив или до брод на река.

Най-близките до тунелите планети трябва да бъдат на безопасно разстояние, а още по-близо до тях трябва да се намират огромни космически станции, служещи като бази за космически кораби, минаващи през тунелите, и като енергийни станции за съответните планети.

Как на теория ходовете на дървоядите могат да повлияят върху миналото и бъдещето на Вселената?

Дори ако Вселената е разширяваща се, възможно ли е това разширяване да се уравновеси от пренасянето на веществото през ходовете на дървоядите в миналото?

Естествено, понеже десетките квазари, които детектираме, се намират на милиарди светлинни години разстояние от нас, ние ги виждаме такива, каквито са били милиарди години назад в миналото. Нещо повече, те стават повече на още по-големи разстояния и още по-назад в миналото. Ако квазарите бяха равномерно разпределени във Вселената, то трябваше да има неколкостотин по-близки и по-ярки квазари от най-близкия и най-ярък квазар в момента 3C 273.

Добре, може би тогава в края на краищата имаме вечна Вселена в някакъв друг смисъл, някакъв тип непрекъснато създаване на материя?

Може би Вселената се разширява вече безброй еони, фактически през цялата вечност, без да може да отиде отвъд сегашното ниво, тъй като ходовете на дървоядите образуват затворен кръг, изпращайки вещество назад към по-уплътненото минало, за да се започне отново повсеместно разширяване?

Дали Вселената не е била никога в свръхплътно състояние и дали въобще някога е имало Голям взрив? Дали не смятаме, че е имало Голям взрив само защото ни е известно разширяването й, което може да е половината от цикъла, преживяван от галактиките. Може би просто не знаем нищо за веществото, което се промъква обратно през ходовете на дървоядите?

Но ако Големият взрив не е съществувал, как ще обясним фоновото излъчване, което е ехо от него? Може ли това излъчване да е продукт на обратния поток материя в далечното минало? Възможно ли е белите дупки или квазарите да бъдат безбройни, „малки взривове“, които се прибавят към Големия, взрив и генерират фоновото излъчване?

И ако всичко това е така, откъде идва енергията, която поддържа безкрайния цикличен характер на Вселената? Ако Вселената се разширява по начина, който наблюдаваме (физиците наричат това увеличаване на ентропията), дали не може да съществува и обратното (намаляваща ентропия) при връщането назад във времето през ходовете на дървоядите?

Засега на всички тези въпроси няма отговор. Всичко е само предположения, включително и за самото съществуване на ходове на дървояди и на бели дупки.

Бележки

[1] Квазарите не са разположени „зад“ всички галактики. Те наистина са отдалечени обекти, но се разполагат сред също така отдалечени обикновени галактики. — Б.ред.

[2] Това звучи доста умозрително, но и останалата част от книгата почти изцяло е изпълнена с такива умозрителни построения, някои от които принадлежат на самия автор. — Б.ред.

[3] В момента са известни около 500 галактики на Сифърт. — Б.ред.