Qara dəlik

Vikipediya, açıq ensiklopediya
Keçid et: naviqasiya, axtar
Ümumi nisbilik nəzəriyyəsi
Qravitasiya
Riyazi ifadə
Kosmologiya
Simulyasiya olaraq qara dəliyin yol açdığı qravitasiya bükülməsinin arxa plandakı qalaktikanın görüntüsünü əyməsi.
Hadisə üfüqü sadəcə 75 kilometr genişliyində olmağına baxmayaraq 10 günəş kütləsinə sahib, dönməyən bir qara dəliyin 600 kilometr uzaqlıqdan simulyasiya görünüşü. Bu kütlədə bir qara dəliyin bu uzaqlıqda yaratdığı təcil Yer səthindəkinin təxminən 400 milyon qatıdır.[1]
Eynşteyn halqası (işığın deformasiyası): Bir qara dəliyin arxasında yerləşən bir ulduzdan çıxan işıq şüası bizə qara dəliyin qravitasiya təsiriylə ikiyə bölünərək çatır. Bu səbəbdən o ulduzu cüt görürük. Qara dəlik və ya bir başqa qalaktika kimi çəkim mənbələrin görə işıq şüalarına edilən bu cür qravitasiya müdaxiləsi hadisələrinə və zahiri nəticələrinə "qravitasiya lensi" təsiri deyilir.

Qara dəlik astrofizikada cazibə sahəsi hər cür maddi varlıq və şüalanmanın özündən qaçmağına icazə verməyəcək dərəcədə güclü olan kütləsi böyük bir kosmik cisimdir. Qara dəliyə kosmosda müəyyən haldakı maddənin bir nöqtəyə toplanmağı ilə meydana gələn bir obyekt də deyilə bilər. Belə cisimləri işıq yaymadıqlarına görə qara adlandırırlar. Qara dəliklərin "təklik"ləri səbəbindən üçölçülü olmadıqları, sıfır həcmli olduqları qəbul edilir. Qara dəliklərin içində zamanın isə yavaş irəlilədiyi və ya irəliləmədiyi təxmin edilir. Qara dəliklər Eynşteyn'in ümumi nisbilik nəzəriyyəsiylə təsvir edilirlər. Birbaşa müşahidə edilə bilməmələri ilə yanaşı, müxtəlif dalğa uzunluqları istifadə edən bilavsitə müşahidə üsulları sayəsində kəşf edilmişdirlər. Bu üsullar eyni zamanda ətraflarında yaranan varlıqların da müşahidə edilmə imkanını təmin etmişdir. Məsələn, bir qara dəliyin potensial quyusunun çox dərin olması səbəbi ilə yaxınlığında yaranan böyümə diskinin üzərinə düşən maddələr diskin çox yüksək temperatura çatmasına səbəb olacaq, bu da diskin (və dolayı olaraq qara dəliyin) yayılan rentgen şüaları sayəsində təyin edilməsini təmin edəcək. Hal-hazırda qara dəliklərin varlığı, əlaqəli elmi birliyin (astrofiziklərnəzəri fiziklərdən ibarət olan) demək olar ki, bütün fərdləri tərəfindən təsdiq edilərək dəqiqlik qazanmış vəziyyətdədir.

Təqdimat və terminologiya[redaktə | əsas redaktə]

Qara dəlik “qravitasiya təkliyi” adlanan bir nöqtəyə cəmləşmiş bir kütləyə sahibdir. Bu kütlə "qara dəliyin hadisə üfüqü" adlanan və haqqında danışılan təkliyi mərkəzi olan bir kürəni yaradır. Bu kürə qara dəliyin kosmosda tutduğu yer olaraq da düşünülə bilər. Kütləsi Günəşin kütləsinə bərabər olan bir qara dəliyin radiusu yalnızca təxminən 3 km-dir.[1]

Bir “ulduz qara dəliyinin” Böyük Magellan Buludu istiqamətindəki səmasındakı simulasiyanın görünüşü. Qara dəliyin ətrafındakı bir çevrənin iki qövsu formasındakı görünüş “qravitasiya lensi təsiri” səbəbiylə yaranmışdır. Yuxarıda yer alan Süs yolu xeyli “əyilmiş” vəziyyətdədir; belə ki, Cənub Xaçı bürcü (yuxarıda, solda) kimi bəzi bürclərin tanınması xeyli çətinləşmişdir. Qara dəliyin arxasındakı HD 49359 ulduzu yenə eyni təsirlə cüt olaraq görünür. Bu ulduzun və Böyük Buludun cüt imicləri qara dəliyi əhatə edən “Eynşteyn halqası” adlanan dairəvi qurşaq üzərində yer almışdırlar.

Ulduzlar arası (milyonlarla km) məsafəni nəzərə alsaq, bir qara dəlik hər hansı bir kosmik cisim üzərində özüylə eyni kütləyə sahib bir kosmik cisminkindən daha çox bir cazibə qüvvəsi tətbiq etmir; yəni, qara dəlikləri qarşı qoyulmaz bir kosmik “aspirator” olaraq düşünməmək lazımdır. Məsələn, Günəşin yerində onunla eyni kütləyə sahib bir qara dəlik olsaydı, Günəş sistemindəki planetlərin orbitlərində her hansı bir dəyişiklik olmayacaq.

Bir çox qara dəlik növü mövcutdur. Bir ulduzun qravitasiya daxilinə (öz içinə) çökməsiylə yaranan qara dəlik növünə "ulduz qara dəliyi" deyilir. Bu qara dəliklər qalaktikaların mərkəzində olsaydılar, bir neçə milyardlıq “günəş kütləsi”nə qədər çıxa bilən nəhəng bir kütləyə sahib ola bilərlər və bu vəziyyətdə “nəhəng qara dəlik” (və ya qalaktik qara dəlik)[2] adını alırlar. Kütlə nöqteyi-nəzərindən qara dəliklərin iki uc nöqtəsini yaradan bu iki tür arasında kütləsi bir neçə min "günəş kütləsi" olan üçüncü bir növün olduğu düşünülür və bu növə “orta qara dəlik”lər[3] deyilir. Ən düşük kütləli qara dəliklərin isə kainat tarixinin başlanğıcındakı Böyük Partlayışda yarandıqları düşünülür və bunlara da "ilkin qara dəlik"[4] adı verilir. Bununla birlikdə ilkin qara dəliklərin varlığı hal-hazırda təsdiqlənmiş deyil.

Bir qara dəliyi birbaşa müşahidə etmək mümkün deyil. Bilirik ki, bir cismin görünməsi üçün özündən işıq çıxmalı və ya özünə gələn işığı əks etməlidir, amma qara dəliklər çox yaxınından keçən işıqları belə udur. Bununla birlikdə varlığı ətrafındakı qravitasiya icraatından, xüsusilə mikrokvazarlarda və aktiv qalaktika nüvələrində qara dəlik üzərinə düşən yaxınlıqdakı maddənin son dərəcə qızmış olmağından və güclü bir şəkildə X şüası yaymağından başa düşülür. Beləliklə, müşahidələr nəhəng və ya kiçik ölçülərdəki bu cür cisimlərin varlığını ortaya qoyur. Bu müşahidələrin əhatə etdiyi və ümumi nisbilik nəzəriyyəsinə tabe olan cisimlər yalnızca qara dəliklərdir.

Tarixçə[redaktə | əsas redaktə]

Qu quşu X-1

Qara dəlik anlayışı ilk olaraq 18-ci əsrin sonunda Nyutonun ümumdünya cazibə qanunu əhatəsində yaranmışdır. Lakin o dövrdə məsələ yalnızca “kosmik sürətlərin” işıq sürətindən daha böyük olmasını təmin edəcək dərəcədə kütləli cisimlərin var olub-olmadığını bilmək idi. Yəni qara dəlik anlayışı ancaq 20-ci əsrin əvvəllərində və xüsusilə Albert Eynşteynin ümumi nisbilik nəzəriyyəsinin ortaya atılmağı ilə fantastik bir anlayış olmaqdan çıxmışdır. Eynşteynin çalışmalarının yayımlanmasından qısa müddət sonra Karl Şvartsşild tərəfindən, “Eynşteynin sahə tənlikləri”nin mərkəzi bir qara dəliyin varlığını ehtiva edən bir həlli yayımlanmışdı.[5] Bununla birlikdə qara dəliklər üstündə ilk təməl çalışmalar varlıqları hakkındakı ilk əsaslı əlamətlərin müşahidələrini izləyən 1960-cı illərə dayanır. Qara dəlik ehtiva edən bir cismin ilk müşahidəsi[6][7] 1971-ci ildə Uhuru peyki tərəfindən edildi. Peyk Qu quşu bürcünün ən parlaq ulduzu olan Qu quşu X-1 cüt ulduzunda bir X şüaları mənbəsi olduğunu təyin etmişdi. Lakin "qara dəlik" termini daha əvvəlcədən, 1960-cı illərdə Amerikalı fizik Kip Torn vasitəsilə ortaya atılmışdı. Bu terminin terminologiyaya yerləşməsindən əvvəl isə qara dəliklər üçün “Şvartsşild cismi” və “qapalı ulduz” terminləri istifadə edildi.

Xüsusiyyətlər[redaktə | əsas redaktə]

Qara dəlik digər astrofizika cisimləri kimi bir astrofiziki cisimdir. Birbaşa müşahidəsini çox çətin olması ilə və mərkəzi bölgəsinin fizika qanunlarıyla qənaətbəxş formada təsvir edilə bilməyən olmağı ilə xarakterizə edilir. Mərkəzi bölgəsinin təsvir edilə bilməməyinin ən önəmli amil mərkəzində bir "qravitasiya təkliyinin" ehtiva edə bilən olmağıdır. Bu qravitasiya təkliyi ancaq bir “kvant çəkimi” qanunuyla təsvir edilə bilinər ki, hal-hazırda belə bir qanun yoxdur.[8] Buna qarşılıq tətbiq edilən müxtəlif dolayı üsullar sayəsində yaxın ətrafda hökm sürən fiziki şəraitlər və ətrafındakı sahəyə və cisimlərə təsiri mükəmməl bir formada təsvir edilə bilər.

Digər tərəfdən qara dəliklər çox az saydakı parametrlərlə təsvir edilmələri baxımından təəccübləndirici cisimlərdir. Yaşadığımız kainatdakı təsviri yalnızca üç parametrə bağlıdır: kütlə, elektrik yüküimpuls momenti. Qara dəliklərin bütün digər parametrləri (ölçüsü, forması və s.) bunlarla təyin edilir. Bir müqayisə etsək, məsələn, bir planetin təsvir edilməsində yüzlərlə parametrdən danışıla bilər (kimyəvi birləşmələr, elementlərin fərqliləşməsi, konveksiya, atmosfer və s.) Buna görə 1967-dən bəri qara dəliklər yalnızca bu üç parametrlə xarakterizə edilirlər ki, bunu da 1967-də Uerner Israel tərəfindən ortaya atılan "absurd nəzəriyyəsi"nə[9] borcluyuq. Bu, uzun məsafəli fundamental qarşılıqlı təsirlərinin yalnızca cazibə qüvvəsielektrodinamikanın olmağını da açıqlayır; qara dəliklərin ölçülə bilən xüsusiyyətləri yalnızca bu qüvvətləri xarakterizə edən parametrlərlə, yəni kütlə, elektrik yükü və impuls momenti ilə verilir.

Bir qara dəliyin kütlə və elektrik yükü ilə əlaqəli xüsusiyyətləri "klassik" (ümumi nisbiliyin olmadığı) fizikanın tətbiq edilə biləcəyi adi xüsusiyyətlərdir: Qara dəliyin kütləsinə nisbətlə bir "qravitasiya sahəsi" və elektrik yükünə nisbətlə bir elektrik sahəsi vardır. Buna qarşılıq olaraq impuls momenti təsiri ümumi nisbilik nəzəriyyəsinə xas bir özəllik daşıyır: öz oxu ətrafında dönən bəzi kosmik cisimlər yaxın ətraflarındakı fəza-zamanı[10] da əymək meylindədir. "Lens-Tirrinq təsiri"[11] adlanan bu fenomen hələki Günəş sistemimizdə müşahidə edilmir.[12] Öz oxu ətrafında “dönən qara dəlik” növü ətrafındakı yaxın fəzada bu fenomen inanılmaz ölçülərdə reallaşmaqdadır ki, bu sahəyə “güc bölgəsi” (fr. ergorégion) və ya “güc kürəsi”[13] adı verilir.

Qara dəliklərin dönmə və yüklərinə görə təsnifi[redaktə | əsas redaktə]

Qara dəliklərin impuls momenti (J) elektrik yükü (Q) və həmişə sıfırdan böyük olan kütlə (m) parametrlərinə görə müəyyən edilən, fərziyyəyə əsasən dört növü
  M > 0
  J = 0 J ≠ 0
Q = 0 Şvartsşild qara dəliyi Kerr qara dəliyi
Q ≠ 0 Reysner-Nordström qara dəliyi Kerr-Nyumen qara dəliyi

Bir qara dəliyin bütün xüsusiyyətlərini müəyyən edən üç amil vardır: kütləsi, impuls momentielektrik yükü. Bir qara dəliyin kütləsi hər zaman sıfırdan böyükdür. Digər amillərin sıfır ya da sıfırdan böyük olmağına görə qara dəlikləri dörd sinifə ayırmaq mümkündür.

İmpuls momenti və elektrik yükü sıfır olan qara dəliklərə "Şvartsşild qara dəliyi" deyilir. Bu ad 1916-da bu cür cisimlərin varlığı fikrini Eynşteyn sahə tənliklərinın həlləri olaraq ortaya atmış Karl Şvartsşildə ithafən verilmişdir.

Qara dəliyin elektrik yükü sıfır olmayıb impuls momenti sıfır olduğu təqdirdə "Reysner-Nordström qara dəliyi" növü ortaya çıxır. Bilinən heç bir prosses belə davamlı bir elektrik yükü ehtiva edən sıxılmış bir cisim istehsal etmək imkanı vermədiyinə görə bu cür qara dəliklər varsa belə, astrofizikada çox maraq dairəsinə daxil deyillər. Bu elektrik yükü qara dəliyin ətrafından alacağı əks elektrik yüklərinin əmilməsi ilə zamanla dağıla bilər.[14] Nəticə olaraq "Reysner-Nordström qara dəliyi" kainatda mövcud olma ehtimalı çox olmayan nəzəri bir cisimdir.

Qara dəliyin bir impuls momenti olub (öz oxu ətrafında dönərsə) elektrik yükü olmadığı təqdirdə "Kerr qara dəliyi" növü ortaya çıxır. Bu ad 1963-də bu cür cisimləri xarakterizə edən formulu bulmuş olan Yeni Zellandiyalı riyaziyyatçı Roy Kerrin adına ithafən verilmişdir. Reysner-Nordström və Şvartsşild qara dəlik növlərinin əksinə Kerr qara dəliği növü astrofiziklərin maraq dairəsinə daxil olmuşdur; çünki qara dəliklərin yaranma və təkamül nümunələri onların ətraflarındakı maddəni bir böyümə diski[15] vasitəsilə əmmə meylində olduqlarını və maddələrin böyümə diskinə qara dəliyin fırlanma istiqamətində spiral çəkərək düştüklərini göstərir. Beləliklə maddə özünü udan qara dəliyin impuls momenti ilə bir əlaqə qurur. Bu vəziyyətdə astronomiyanın maraqlana biləcəyi qara dəliklər yalnızca Kerr qara dəlikləridir.

Bununla birlikdə bu qara dəliklərin impuls momentlərinin əməlli başlı zəiflədiyi hallarda, təbii olaraq, Şvatsşild qara dəliklərini xatırlatmaları mümkündür.

Dördüncü növ Kerr qara dəliyinin elektrik yükü sahib olduğu növdür. Buna Kerr-Nyuman qara dəliyi deyilir. Bu növə də var olma ehtimalı çox zəif olduğundan çox maraq göstərilmir.

Qara və dəlik[redaktə | əsas redaktə]

Qara dəliklərin varlığı Con Miçell[16]Pyer Simon Laplas tərəfindən bir-birlərindən siz xəbərsiz olaraq, hələ 18-ci əsrdə irəli sürülmüşdü. O vaxtlar düşünülən, "kosmik sürət"in[17] işıq sürətindən daha çox ola biləcəyi, yəni işığın təsirindən qaça bilməyəcəyi kosmik cisimlərin varlığıydı. İşığın qara dəlik tərəfindən cəzb edilməsi faktında, bir gücdən əlavə, "Eynşteyn balansı", "qırmızı yerdəyişmə" və ya "qravitasiya qırmızı yerdəyişməsi"[18] kimi adlarla göstərilirən işığın (fotonların) cazibə sahələri təsiriylə məruz qaldığı bir dəyişiklikdən danışılır. Cazibə sahəsi təsiriylə yaradılan bu balans və ya dəyişiklikdə işıq bir qara dəliyin "potensial quyular"ından[19] çıxmağa çalışarkən enerji tamlığını itirir. Burada "kainatın genişlənməsi"ndən, yəni uzaq qalaktikalarda müşahidə edilən və çox dərin "potansial quyular"ın olmadığı bir kainat genişlənməsindən yaranan genişləməyə nəzərən bir az fərqli təbiətdə bir qırmızılaşma dəyişikliyndən danışıla bilər. Bu xüsusiyyət də qara dəliyin "qara" sifətinə çox uyğun gəlir, çünki bir qara dəlik işıq yaya bilmir. Buna görə "qara dəlik" cisimlərinin adına "qara" sifəti əlavə edilmişdir. Bu, işıq üçün olduğu qədər, maddə üçün də keçərlidir; çünki bir dəfə qara dəlik tərəfindən çəkilməyə başladıqdan sonra heç bir hissəcik o qara dəlikdən qaça bilmir. Bu da qara dəliyə "dəlik" adının verilməsini təmin etmişdir.

Hadisə üfüqü[redaktə | əsas redaktə]

Əsas məqalə: Hadisə üfüqü
BH noescape1.png
Qara dəlikdən uzaqdakı bir zərrəcik hər hansı bir istiqamətdə hərəkət edə bilər.
BH noescape2.png
Qara dəliyə yaxınlaşdıqca fəza-zaman onu deformasiya etməyə başlayar.
BH noescape3.png
Hadisə üfüqünün içində bütün yollar zərrəciyi qara dəliyin mərkəzinə sövq edər. Zərrəcik üçün qaçış yoxdur.
Dönən qara dəliyin ətrafındakı iki səth. İç sfera statik sərhəddir (hadisə üfüqü). Erqosferanın iç sərhədidir. Qütblərdə hadisə üfüqünə toxunan oval formada səth isə erqosferanın digər sərhədidir. Erqosferanın içindəki bir zərrəcik fəza-zaman dreyfində olub dönməyə məcbur edilir (Penrouz müddəti).

Həmçinin bax[redaktə | əsas redaktə]

İstinadlar[redaktə | əsas redaktə]